问题 计算题

合成氨工业用氢和氮在催化剂作用下直接合成,下表表示在一定温度和压强作用下达到动态平稳时氨的含量。

达到平稳时混合气体中氨的含量(体积百分比)(氮气和氢气的体积比是1:3)

氨含量      P(大气压)

t(℃)

1002003006001000
20081.586.489.995.498.8
30052.064.271.084.292.6
40025.138.247.065.279.8
50010.619.126.442.257.5

 
右图是一透热性能很好的坚固容器,活塞C可左右移动。其

总体积为44.8L,现将400℃、300大气压的氢气33.6L和400℃、

300大气压的氮气11.2L充入容器中,当两者反应达到动态平稳

时,若保持混合气体的温度和压强仍为400℃和300大气压,求:

(1)容器是向外界放热,还是吸热?为什么?

(2)试计算充入容器中氮气质量是多少克?

(3)活塞C要向左侧移动的距离与容器全长之比是多少?

答案

(1)该反应是放热反应,若保持反应时温度不变,容器必须向外界放热.

(2) 1.7×103g

(3)活塞C向左移动距离与活塞全长之比为=0.24

(1)由表中查出在400oC、300大气压条件下氢、氮混合达到动态平衡时的氨的含量为47%。

氢和氮反应方程如下

N2+3H2 2NH3+92.4kJ

该反应是放热反应,若保持反应时温度不变,容器必须向外界放热.

(2)因为

所以V0==1363L,则

m=×28=1.7×103g

(3)动态平衡时氢和氮的含量均为53%,其总体积为V'=(33.6+11.2)×0.53=23.74L

反应后生成氨的体积为

V"=(33.6+11.2)×0.47÷2=10.53L

则反应后总体积为

V=V'+V"=34.72L

活塞C向左移动距离与活塞全长之比为=0.24

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