Question

氨氣是生產氮肥、硝酸、純堿等的重要原料。

（1）實驗室模擬合成氨。在恒溫恒容密閉容器中按照甲、乙、丙三種方式分別投料（單位是mol /L），平衡時測得甲容器中H₂的轉化率為20%。

	N2	H2	NH3
甲	1	3	0
乙	0.5	1.5	1
丙	0	0	4

 

①平衡時甲容器中氨氣的濃度為            。

②乙容器中開始反應時，v_逆     v_正(填＜、＞或＝)。

③達平衡時，甲、乙、丙三容器中NH₃的體積分數由大到小的順序為                           。

（2）工業上以NH₃和CO₂為原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反應的化學方程式為：

2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，該反應的平衡常數和溫度關系如下：

T / ℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

 

①焓變ΔH_____0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在一定溫度和壓強下，若原料氣中的NH₃和CO₂的物質的量之比（氨碳比）＝x，下圖是氨碳比（x）與CO₂平衡轉化率（α）的關系。α隨著x增大而增大的原因是           。

③右圖中的B點處，NH₃的平衡轉化率為                     。

 

Answer 1

【答案】

(9分)（1）①0.4 mol/L(2分)  ②＞(1分)  ③丙＞甲＝乙(2分)

（2） ①＜(1分)   ②c(NH₃)增大，平衡正向移動(1分)     ③32%(2分)

【解析】

試題分析：（1）①氫氣的轉化率是20%，則甲中消耗氫氣的濃度是3mol/L×20%＝0.6mol/L，則根據方程式N₂＋3H₂2NH₃可知，生成氨氣的濃度是0.4mol/L。

②乙容器中如果1mol/L氨氣完全轉化為氮氣和氫氣，在氮氣和氫氣的濃度是1mol/L和3mol/L，因此甲和乙容器是等效的。所以乙容器中平衡是氨氣的濃度是0.4mol/L，小于1mol/L，因此平衡向逆反應方向進行，即v_逆＞v_正。

③丙容器中相當于氮氣和氫氣的起始濃度是2mol/L和6mol/L，由于容器體積相等，所以丙容器相當于是在甲容器的基礎上增大壓強，平衡向生成氨氣的方向移動，因此平衡時氨氣的體積分數增大，則達平衡時，甲、乙、丙三容器中NH₃的體積分數由大到小的順序為丙＞甲＝乙。

（2）①根據表中數據可知，隨著溫度的升高，反應的平衡常數逐漸減小。這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此正方應是放熱反應，則焓變ΔH＜0。

②x值越大，即c(NH₃)增大，促使平衡向正反應方向移動，因此CO₂的轉化率增大。

③根據圖像可知，B點表示x＝4.0，CO₂的轉化率是64%。設CO₂的物質的量是n，則氨氣的物質的量是4n。反應中消耗CO₂的物質的量＝0.64n，則根據方程式可知，消耗氨氣的物質的量＝0.64n×2＝1.28n，因此氨氣的轉化率＝×100%＝32%。

考點：考查等效平衡的應用；反應熱判斷以及可逆反應轉化率計算等