问题 问答题

合成氨工业的反应为:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g);△H<0工业合成氨生产示意图如图1所示.

(1)写出该反应的化学平衡常数表达式:K=______.随着温度升高,K值______(填增大、减小、不变)

(2)Y的主要成分为______;

(3)化工生产条件选定的主要原因是(选填字母序号)______;

A.温度、压强对化学平衡的影响;

B.铁触媒在该温度时活性大;

C.工业生产受动力、材料、设备等条件的限制.

(4)改变反应条件,会使平衡发生移动.如图2象表示随条件改变,氨气的百分含量的变化趋势.

当横坐标为压强时,变化趋势正确的是(选填字母序号)______,

当横坐标为温度时,变化趋势正确的是(选填字母序号)______.

(5)合成氨工厂常通过测定反应前后的混合气体密度来确定氮的转化率.某工厂测得合成塔中N2、H2的密度为0.5536g/L(标准状况),从合成塔中出来的混合气体密度为0.693g/L.则该合成氨厂N2的转化率为多少?______.

答案

(1)根据平衡常数的书写要求,该反应的化学平衡常数表达式K=

c2(NH3)
c(N2)c3(H2)
,温度升高,平衡逆向移动,c(NH3)减小,c(N2)、c(H2)增大,所以平衡常数减小,故答案为:
c2(NH3)
c(N2)c3(H2)
,减小;

(2)Y的主要成分为NH3分离后的N2、H2,故答案为:N2、H2

(3)若要加快化学反应速率及平衡正向移动,应选择高温、高压、催化剂,但催化剂铁触媒在500℃时活性最大,加压有利于平衡正向移动,但对动力、材料、设备等条件要求高,所以压强不能太大,故答案为:BC;

(4)当横坐标为压强时,因为增大压强,平衡正向移动,NH3含量增大,变化趋势正确的是b,当横坐标为温度时,因为反应正向放热,升温,平衡逆向移动,NH3含量降低,变化趋势正确的是a,故答案为:b,a 

(5)设反应前混合气体中氮气的物质的量分数为x,氢气物质的量分数为(1-x),依题意得:

  28x+2(1-x)=0.5536×22.4    解得x=0.4

  所以N2、H2的物质的量之比为2:3

设起始N2的物质的量为2mol,H2为3 mol,N2的转化量为y

 N2 +3H2 ⇌2NH3

 2     3         0

 y     3y        2y

 2-y   3-3y      2y

总物质的量=2-y+3-3y+2y=(5-2y)mol

(28×2+2×3)
(5-2y)
=0.693×22.4(左右都是反应后气体的摩尔质量)

  y=0.5 mol

所以N2的转化率为

0.5
2
×100%=25%,故答案为:25%.

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