Question

12．工業(yè)生產(chǎn)硝酸銨的流程圖如圖．請(qǐng)回答：

（1）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
①在500℃、2.02×10⁷Pa和鐵催化條件下向一密閉容器中充入1molN₂和3molH₂，充分反應(yīng)后，放出的熱量＜（填“＜”、“＞”或“=”）92.4kJ，理由是該反應(yīng)為可逆反應(yīng)．
②為提高氨的產(chǎn)量，獲得更大的效益，實(shí)際生產(chǎn)中宜采取的措施有BCEF．
A．降低溫度       B．最適合催化劑活性的適當(dāng)高溫      C．增大壓強(qiáng)
D．降低壓強(qiáng)       E．循環(huán)利用和不斷補(bǔ)充氮?dú)?nbsp;         F．及時(shí)移出氨
（2）已知鉑銠合金網(wǎng)未預(yù)熱也會(huì)發(fā)熱．寫(xiě)出氨催化氧化的化學(xué)方程式：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$4NO+6H₂O，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{4}（NO）{c}^{6}（H{\;}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{5}（{O}_{2}）}$，當(dāng)溫度升高時(shí)，K值減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）在一定溫度和壓強(qiáng)的密閉容器中，將平均相對(duì)分子質(zhì)量為8.5的H₂和N₂混合，當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)出平衡混合氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量為10，請(qǐng)計(jì)算此時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）．

Answer 1

分析 （1）①熱反應(yīng)方程式中反應(yīng)熱是指完全反全放出的熱量，而合成氨反應(yīng)是可逆反應(yīng)，放出的熱量比完全反應(yīng)少；
②該反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，根據(jù)影響平衡移動(dòng)和化學(xué)反應(yīng)速率的因素判斷，為提高氨的產(chǎn)量，獲得更大的效益，既要考濾反應(yīng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，又要考濾反應(yīng)速率，據(jù)此答題；
（2）氨具胡還原性，被氧化成一氧化氮和水；化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積；
（3）根據(jù)平均式量利用十字交叉法求出兩者的物質(zhì)的量之比，然后根據(jù)平均式量為10利用平衡三部曲求出各自的物質(zhì)的量，最終求出轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）①因?yàn)榭赡娣磻?yīng)不可能完全進(jìn)行到底，放出的熱量比完全反應(yīng)少，
故答案為：＜，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)；  
 ②因增大反應(yīng)物的濃度，減少生成物的濃度，增大壓強(qiáng)，降低溫度工業(yè)合成氨反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率提高，但在實(shí)際生產(chǎn)中不能用低溫，因?yàn)闇囟鹊突瘜W(xué)反應(yīng)速率慢，最適合催化劑活性的適當(dāng)高溫，保持較好的反應(yīng)速率，
故答案為：BCEF；
（2）因?yàn)镹H₃具有還原性，能被氧氣氧化：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$4NO+6H₂O，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（NO）{c}^{6}（H{\;}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{5}（{O}_{2}）}$，因工業(yè)合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小，
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$4NO+6H₂O，$\frac{{c}^{4}（NO）{c}^{6}（H{\;}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）{c}^{5}（{O}_{2}）}$，減��；
（3）十字交叉法：平均相對(duì)分子質(zhì)量為8.5的H₂和N₂物質(zhì)的量比=（28-8.5）：（8.5-2）=3：1
           平衡三部曲：N₂ +3H₂ ?2NH₃
                起始   1     3       0
                轉(zhuǎn)化   x     3x      2x 
                平衡   1-x   3-3x    2x             
平衡混合氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量為10，對(duì)應(yīng)的相對(duì)分子質(zhì)量：$\frac{28×1+2×3}{（1-x）+（3-3x）+2x}$=10，x=0.3，則H₂轉(zhuǎn)化率為$\frac{3×0.3}{3}$×100%=30%，
故答案為：30%．

點(diǎn)評(píng) 本題結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)硝酸銨的流程圖考查了可逆反應(yīng)、化學(xué)平衡常數(shù)、十字交叉法等，試題的綜合性較強(qiáng)，學(xué)生做起來(lái)有一定的難度．