Question

在實驗室中進行合成氨工業的模擬實驗，當反應進行一段時間，并建立相應的平衡以后，及時分離出氨并補充與起始原料比相同的氮氣和氫氣，以實現連續的生產過程。在1 L的密閉容器中，在一定條件下發生如下反應：

N₂（g）+3H₂(g) 2NH₃(g);ΔH＜0

請根據圖示回答下列問題：

（1）反應起始時，氮氣與氫氣的物質的量之比n(N₂)∶n(H₂)= _________∶_________。在15分鐘時合成氨反應第一次達到平衡，其間以H₂的濃度變化所表示的平均化學反應速率為_________________________。

（2）在t₁時，曲線發生變化的原因是__________________、__________________。請計算氫氣在t₁起點時的坐標（_________，_________）以及在t₂平衡時的坐標（_________，_________）。并在圖中畫出在t₁—t₂之間氫氣的物質的量變化曲線。

（3）為達到圖示中t₂的平衡狀態，在t₁—t₂之間需要采取的措施是_________。

a.擴大容器的體積

b.升高溫度

c.降低溫度

d.縮小容器的體積

（4）經歷十次上述的循環過程，計算在t₁₁達到平衡時，N₂和H₂的物質的量之比n(N₂)∶n(H₂)= _________∶_________,整個過程中N₂和H₂的總轉化率之比α(N₂)∶α(H₂)= _________∶_________。

（5）根據以上計算結果，請你建議合成氨反應的最佳原料比是：n(N₂)∶n(H₂)=_________。

Answer 1

（1）1  3.3

0.02 mol·L^-1·min^-1

（2）分離氨氣、補充物質的量之比為n(N₂)∶n(H₂)=1∶3.3的氮氣和氫氣  25  3.33  50  3.03

（3）a、b

（4）n(N₂)∶n(H₂)  3  11

α(N₂)∶α(H₂)=11∶10

（5）1∶3

圖象

解析：(1)由圖知n(N₂)∶n(H₂)=1∶3.3

 

(2)由圖象的變化趨勢知，分離NH₃，并按比例補充反應混合氣體，

坐標求算：N₂    —    3H₂

1           3

0.1 mol      n(H₂)

n(H₂)=0.33 mol

所以t₁時，n(H₂)=3.0 mol+0.33 mol=3.33 mol，坐標（25，3.33)。

50 min平衡時，n(N₂)減少0.1 mol,所以n(H₂)減少0.3 mol,坐標（50，3.03)。

(3)從影響平衡的因素考慮，選ab。

（4）循環推算n(N₂)∶n(H₂)=3∶11,轉化率==1∶3。

（5）據（2）（4）數據，知最佳原料比1∶3。