Question

(16分)合成氨技术的发明使工业化人工固氮成为现实。
(1)已知N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) H=-92．2kJ·mol^-1。在一定条件下反应时，当生成标准状况下33.6LNH₃时，放出的热量为           。
(2)合成氨混合体系在平衡状态时NH₃的百分含量与温度的关系如下图所示。由图可知：

①温度T₁、T₂时的平衡常数分别为K₁、K₂，则K₁     K₂ (填“>”或“<”)。若在恒温、恒压条件下，向平衡体系中通入氦气，平衡     移动、(填“向左”、“向右”或“不”)。
②T₂温度时，在1L的密闭容器中加入2.1mol N₂、l.5molH₂，经10min达到平衡，则v(H₂)=         。达到平衡后，如果再向该容器内通入N₂、H₂、NH₃各0.4mol，则平衡     移动(填“向左”、“向右”或“不”)。
(3)工业上用CO2和NH3反应生成尿素：CO₂(g)+2NH₃(g)H₂O(1)+CO(NH₂)₂(1) △H，
在一定压强下测得如下数据：

①则该反应△H   0，表中数据a   d，b   f(均选填“>”、‘‘=”或“<”)。
②从尿素合成塔内出来的气体中仍含有一定量的CO₂、NH₃，应如何处理            。

Answer 1

（16分）
（1）69.15kJ（2分）
（2）① >（1分）   向左（1分）  ②0.09 mol·L^-1·min^-1（2分）    向右（2分）
（3）①>（2分）    < （2分）    <（2分）
②净化后重新充入合成塔内，循环利用，提高原料利用率（2分）

试题分析：（1）标准状况下33.6LNH₃物质的量为：33.6L÷22.4L/mol=1.5mol，92．2kJ·mol^-1÷2×1.5mol=69.15kJ。
（2）①根据图像，B点NH₃的百分含量小于A点NH₃的百分含量，所以K₁ > K₂；若在恒温、恒压条件下，向平衡体系中通入氦气，原反应体系气体的压强减小，平衡向气体系数增大的方向移动，即向左移动。
②根据“三段式”进行计算，设N₂转化浓度为X，则
N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)
起始浓度（mol?L?¹）  2.1    1.5         0
转化浓度（mol?L?¹）   X     3X          2X
平衡浓度（mol?L?¹）2.1—X  1.5—3X      2X
根据T₁时NH₃的百分含量为20%，则2X/(2.1—X+1.5—3X+2X)=20%，解得X=0.3，则v(H₂)=0.9mol/L÷10min="0.09" mol·L^-1·min^-1；根据平衡浓度可求平衡常数K=(0.6mol?L?¹)²÷[1.8mol/L×(0.6mol?L?¹)³]=0.93(mol?L?¹)^-2，再向该容器内通入N₂、H₂、NH₃各0.4mol，则Q=(1mol?L?¹)²÷[2.2mol/L×(1mol?L?¹)³]=0.45(mol?L?¹)^-2，Q < K，所以平衡向右移动。
（3）①根据表中数据，温度升高，CO₂的转化率增大，平衡向右移动，所以正反应为吸热反应，?H > 0；n(NH₃)/n(CO₂)增大，CO₂的转化率增大，所以a < d，b <f。
②CO₂、NH₃为反应物，所以净化后重新充入合成塔内，循环利用，提高原料利用率。