Question

合成氨工業(yè)的核心反應是：N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)　ΔH＝Q kJ·mol^－1，能量變化如下圖，回答下列問題：

(1)在反應體系中加入催化劑，反應速率增大，E₁和E₂的變化是：E₁________，E₂________(填“增大”、“減小”或“不變”)。
(2)在500℃、2×10⁷Pa和催化劑條件下向一密閉容器中充入0.5 mol N₂和1.5 mol H₂，充分反應后，放出的熱量________ 46.2 kJ(填“<”、“>”或“＝”)。
(3)關于該反應的下列說法中，正確的是________。
A．ΔH>0，ΔS>0        B．ΔH>0，ΔS<0
C．ΔH<0，ΔS>0       D．ΔH<0，ΔS<0
(4)將一定量的N₂(g)和H₂(g)放入1 L密閉容器中，在500℃、2×10⁷Pa下達到平衡，測得N₂為0.10 mol，H₂為0.30 mol，NH₃為0.10 mol。計算該條件下達到平衡時H₂轉化為NH₃的轉化率________。若升高溫度，K值變化________(填“增大”、“減小”或“不變”)。
(5)在上述(4)反應條件的密閉容器中，欲提高合成氨中H₂的轉化率，下列措施可行的是________(填字母)。
A．向容器中按原比例再充入原料氣
B．向容器中再充入惰性氣體
C．改變反應的催化劑
D．分離出氨氣

Answer 1

(1)減小　減小　(2)<　(3)D　(4)33.3%　減小　(5)A、D

(1)在反應體系中加入催化劑，降低了反應的活化能，即E₁減小，E₂減小，反應熱不變。
(2)由圖像可知N₂(g)＋3H₂(g)??2NH₃(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol^－1，使用催化劑，加快了反應速率，但平衡并不移動，平衡轉化率不變，上述反應仍不能進行徹底，故0.5 mol N₂和1.5 mol H₂充分反應后放出的熱量應小于46.2 kJ。
(3)由圖可知ΔH<0，根據反應方程式可知氣體的物質的量減小，ΔS<0。
(4)    N₂(g)＋3H₂(g)??2NH₃(g)
起始：  m     n       0
轉化：  x     3x       2x
平衡：  m－x  n－3x    2x
根據題意m－x＝0.1 mol　n－3x＝0.3 mol　2x＝0.1 mol
故x＝0.05 mol　m＝0.15 mol　n＝0.45 mol
α(H₂)＝＝×100%＝33.3%。
ΔH<0，升溫，平衡左移，K值減小。
(5)欲提高H₂的轉化率應使平衡右移，向容器中按原比例再充入原料氣，相當于增大壓強，平衡右移，A可行，B中充惰性氣體對平衡無影響，C中改變催化劑不改變平衡移動，D中分離出氨氣，平衡右移，方法可行，故選A、D。