Question

【題目】（1）在1800K時，2Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) H= -354.2kJ/mol；

3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s) H= -550.9kJ/mol

則反應：2Fe3O4(s)+1/2O2(g) === 3Fe2O3(s)的H =_____ kJ·mol1，四氧化三鐵在充滿氧氣的集氣瓶中反應生成Fe2O3_____(填“能”或“不能”)自發(fā)進行。

（2）2018年是合成氨工業(yè)先驅哈伯（PHaber）獲得諾貝爾獎100周年。N2和H2生成NH3的反應為：1/2N2（g）+3/2H2（g） NH3（g） △H(298K)= - 46.2KJmol-1,在Fe催化劑作用下的反應歷程如下（*表示吸附態(tài)）

化學吸附：N2（g）→2N*；H2（g）→2H*；

表面反應：N*+ H* NH*；NH*+ H* NH2*；NH2* + H*NH3*

脫附：NH3* NH3（g）

其中， N2的吸附分解反應活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應速率。 請回答：

①利于提高合成氨平衡產率的條件有__________。

A．低溫 　　B.高溫 　　 C.低壓 　 D.高壓 　E.催化劑

②實際生產中，常用Fe作催化劑，控制溫度773K，壓強3.0 ×105Pa，原料中N2和H2物質的量之比為1：2.8。

分析說明原料氣中N2過量的兩個理由_________；_____________。

③關于合成氨工藝的下列理解，正確的是_______。

A.合成氨反應在不同溫度下的△H和△S都小于零

B.當溫度、壓強一定時，在原料氣（N2和H2的比例不變）中添加少量惰性氣體，有利于提高平衡轉化率

C.基于NH3有較強的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應正向進行

D.分離空氣可得N2，通過天然氣和水蒸氣轉化可得H2，原料氣須經過凈化處理，以防止催化劑中毒和安全事故發(fā)

Answer 1

【答案】+39.2 不能 AD 原料氣中N2相對易得，適度過量有利于提高H2的轉化率 N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過量有利于提高整體反應速率 ACD

【解析】

（1）依據蓋斯定律計算反應H；依據H—TS判斷反應能否自發(fā)進行；

（2）①合成氨反應為氣體體積減小的放熱反應；

②加過量氮氣，平衡正向移動；N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟；

③A、合成氨反應為氣體體積減小的放熱反應；

B、恒壓條件充入少量惰性氣體，相當于減壓；

C、不斷將氨氣液化，生成物濃度降低；

D、CH4、CO等易燃易爆氣體，可能會與催化劑反應。

（1）將已知反應依次編號，由蓋斯定律①×3—②×2得2Fe3O4(s)+1/2O2(g) === 3Fe2O3(s)，則H=（-354.2kJ/mol）×3—（-550.9kJ/mol）×2=+39.2 kJ/mol；因該反應H＞0，S＜0，則H—TS＞0，該反應不能自發(fā)進行，故答案為：+39.2；不能；

（2）①合成氨反應為氣體體積減小的放熱反應，由勒夏特列原理可知，低溫和高壓，平衡正向移動，有利于提高合成氨平衡產率，故答案為：AD；

②加過量氮氣，平衡正向移動，有利于提高H2的轉化率以及氨氣的產率；根據題干“N2的吸附分解反應活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應速率”可知，N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過量有利于提高整體反應速率，故答案為：原料氣中N2相對易得，適度過量有利于提高H2的轉化率；N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過量有利于提高整體反應速率；

③A、合成氨反應為氣體體積減小的放熱反應，在不同溫度下H＜0，S＜0，正確；

B、恒壓條件充入少量惰性氣體，相當于減壓，平衡逆向移動，不利于提高平衡轉化率，錯誤；

C、不斷將氨氣液化，生成物濃度降低，有利于平衡正向移動，正確；

D、通過天然氣和水蒸氣轉化制得的H2，由于含有CH4、CO等易燃易爆氣體，容易出現安全隱患，此外CH4、CO可能會與催化劑反應，造成催化劑活性降低，所以必須經過凈化處理，正確；

故選ACD，故答案為：ACD。