Question

合成氨生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的途徑，對化學(xué)工業(yè)技術(shù)也產(chǎn)生了重大影響．合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?3NH₃（g），△H=-92.2kJ/mol．合成氨工業(yè)中原料氣N₂可從空氣中分離得到，H₂可用甲烷在高溫下與水蒸氣反應(yīng)制得．我國合成氨工業(yè)目前的生產(chǎn)條件為：催化劑-鐵觸媒，溫度-400～500℃，壓強(qiáng)-30～50MPa．回答下列問題：
（1）合成氨工業(yè)中原料氣壓縮到30～50MPa的原因是

加壓有利于平衡正向移動(dòng)，提高原料氣的轉(zhuǎn)化率

．從平衡移動(dòng)原理分析，低溫有利于原料氣的轉(zhuǎn)化，實(shí)際生產(chǎn)中采用400～500℃的高溫，原因之一是考慮到催化劑的催化活性，原因之二是

增加反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間

．
（2）500℃、50MPa時(shí)，在容積為VL的容器中加入n mol N₂、3n mol H₂，反應(yīng)達(dá)平衡后測得平衡常數(shù)為K₁，此時(shí)N₂的轉(zhuǎn)化率為x．則K和x的關(guān)系滿足K=

4xV2

27n2(1-x)4

．若溫度為400℃，平衡常數(shù)為K₂，則K₁

＜

K₂（填“＜”、“=”或“＞”）
（3）甲烷在高溫下與水蒸氣反應(yīng)反應(yīng)方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）．部分物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表：

物  質(zhì)	燃燒熱（kJ?mol-1）
H2（g）	-285.8
CO（g）	-283.0
CH4（g）	-890.3

已知1mol H₂O（g）轉(zhuǎn)變?yōu)?mol H₂O（l）時(shí)放出44.0kJ熱量．
①寫出CO燃燒的熱化學(xué)方程式

CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1

．
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=

-483.6

kJ/mol．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)壓強(qiáng)對化學(xué)平衡移動(dòng)的影響以及溫度、催化劑對反應(yīng)速率的影響知識來回答；
（2）根據(jù)“三行式”來進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)論，對于放熱反應(yīng)，溫度升高則平衡常數(shù)減小，反之增大；
（3）①根據(jù)物質(zhì)燃燒熱的概念來書寫熱化學(xué)方程式；
②根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算反應(yīng)的焓變．

解答：解：（1）合成氨工業(yè)中原料氣壓縮到30～50MPa，加壓有利于平衡正向移動(dòng)，提高原料氣的轉(zhuǎn)化率，實(shí)際生產(chǎn)中采用400～500℃的高溫，可以增加反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，
故答案為：加壓有利于平衡正向移動(dòng)，提高原料氣的轉(zhuǎn)化率；增加反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間；
（2）根據(jù)題意：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
初始物質(zhì)的量：n         3n        0
變化物質(zhì)的量：nx       3nx        2nx        
平衡物質(zhì)的量：n-nx     3n-3nx     2nx
則平衡常數(shù)為K₁=

[NH3]2

[N2][H2]3

=

( 2nx V )2

( n-nx V )×( 3n-3nx V )3

=

4xV2

27n2(1-x)4

，
該反應(yīng)是熱反應(yīng)，溫度升高則平衡常數(shù)減小，所以K₁＜K₂，
故答案為：

4xV2

27n2(1-x)4

；＜；
（3）①1mol一氧化碳完全燃燒生成二氧化碳放出的熱量是283KJ，即CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0 kJ?mol^-1，
故答案為：CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0 kJ?mol^-1；
 ②由表中數(shù)據(jù)可知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1，
②2H₂O（l）=2H₂O（g）△H=88.0kJ?mol^-1，
利用蓋斯定律，將①+②可得：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g），△H=-571.6kJ?mol^-1+88kJ?mol^-1=-483.6kJ?mol^-1，
故答案為：-483.6．

點(diǎn)評：本題是一道綜合性的考題，涉及化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的移動(dòng)以及熱化學(xué)部分的知識，難度較大，綜合性強(qiáng)．