Question

合成氨的溫度和壓強(qiáng)通�？刂圃诩s500℃以及20 MPa～50 MPa的范圍，當(dāng)進(jìn)入合成塔的N₂和H₂的體積比為1∶3時，經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)測定，在相應(yīng)條件下N₂和H₂反應(yīng)所得氨的平衡濃度(體積分?jǐn)?shù))如下表所示：

而實(shí)際上從合成塔出來的混合氣體中含有氨約為15%。

請回答下列問題：

(1)298 K下合成氨時，每生成1 mol氨氣，同時放出46.2 kJ的熱量，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_________________________________________________。

在該溫度下，取1 mol N₂和3 mol H₂放在一密閉容器中，在催化劑存在的條件下進(jìn)行反應(yīng)，測得反應(yīng)放出的熱量總小于92.4 kJ，其原因是______________。

(2)實(shí)際上從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)小于理論值的根本原因是_______________。

A.表中所測數(shù)據(jù)有明顯誤差

B.生產(chǎn)條件控制不當(dāng)

C.氨的分解速率大于預(yù)測值

D.合成塔中的反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)

(3)若工業(yè)生產(chǎn)中N₂和H₂按投料比1∶2.8的比例進(jìn)入合成塔，那么轉(zhuǎn)化率較大的應(yīng)該是_________，采用此投料比的原因是______________，

若從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)仍為15%，則N₂和H₂的轉(zhuǎn)化率之比是__________。

Answer 1

(1)根據(jù)題意，生成2 mol NH₃所放出的熱量為46.2 kJ×2=92.4 kJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)   ΔH=-92.4 kJ·mol^-1。

由于合成氨的反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，1 mol N₂和3 mol H₂反應(yīng)不可能完全轉(zhuǎn)化為NH₃，所以放出的熱量總小于92.4 kJ。

(2)從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)小于理論值，其根本原因是反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)。

(3)若投料比為1∶2.8，相當(dāng)于增加了N₂的用量，可以提高H₂的轉(zhuǎn)化率。

N₂(g)   +   3H₂(g)  2NH₃(g)

起始量    1           2.8        0

變化量    x           3x         2x

平衡量    1-x         2.8-3x     2x

根據(jù)題意：解得x≈0.248。

N₂、H₂的轉(zhuǎn)化率之比

答案：(1)N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)    ΔH=-92.4 kJ·mol^-1

合成氨的反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，1 mol N₂和3 mol H₂反應(yīng)不可能完全轉(zhuǎn)化為NH₃

(2)D        (3)H₂             增加相對廉價原料N₂的用量，提高相對貴重原料H₂的轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本       1∶1.07