Question

15．合成氨反应在工业生产中的大量运用，满足了人口的急剧增长对粮食的需求，也为有机合成提供了足够的原料-氨，合成氨反应是一个可逆反应．N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），在298K时，△H=-92.2kJ•mol^-1，K=4.1×10⁶（mol•L^-1）^-2（1）从平衡常数来看，反应的限度已经很大了，为什么还需要使用催化剂？加快反应速率
（2）试分析实际工业生产中采取700K左右的温度的原因700K时催化剂的活性最大，反应速率较快，且能获得较适当的转化率
（3）298K，1.01×10⁵Pa，在10L密闭容器中充人10mol氮气、30mol氢气和20mol氨气，开始的瞬间，反应向正（填“正”或“逆”）方向进行，反应进行5min后体系能量的变化为放出（填“吸收”或“放出”）184.4kJ，容器内压强变为原来的$\frac{14}{15}$倍．
（4）从开始至5min时，用N₂浓度变化表示该反应的平均速率为0.04mol/L•min．

Answer 1

分析 （1）从平衡常数来看，反应的限度已经很大，单反应速率小，经济效益差，催化剂可以加快反应速率；
（2）催化剂具有选择性，在不同的环境中催化剂的活性不同，在700K左右时活性最强，催化效果最好；
（3）计算浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向，反应是放热反应，结合能量变化计算反应生成的氨气，结合化学反应三行计算列式计算气体物质的量，相同条件下气体物质的量之比等于气体压强之比；
（4）反应速率v=$\frac{△c}{△t}$；

解答 解：（1）反应的平衡常数K=4.1×10⁶（mol•L^-1）^-2 ，从平衡常数来看，反应的限度已经很大了，但反应速率很小，加入催化剂会加快反应速率，
故答案为：加快反应速率；
（2）催化剂具有选择性，在不同的环境中催化剂的活性不同，在700K左右时活性最强，催化效果最好，这时可以获得较快的反应速率，且转化率也能获得较较适当的提高；
故答案为：700K时催化剂的活性最大，反应速率较快，且能获得较适当的转化率；
（3）298K，1.01×10⁵Pa，在10L密闭容器中充人10mol氮气、30mol氢气和20mol氨气，气体浓度为1mol/L，3mol/L，2mol/L，开始的瞬间Qc=$\frac{{2}^{2}}{1×{3}^{3}}$=0.44＜K，反应正向进行，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），在298K时，△H=-92.2kJ•mol^-1，反应放热184.4kJ，生成氨气物质的量为4mol，则
              N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
起始量（mol）  10      30        20
变化量（mol）  2        6          4
5min量（mol）  8       24        24
容器内压强变为原来的=$\frac{8+24+24}{10+30+20}$=$\frac{14}{15}$，
故答案为：正，放出，$\frac{14}{15}$；
（4）从开始至5min时，用N₂浓度变化表示该反应的平均速率=$\frac{\frac{2mol}{10L}}{5min}$=0.04mol/L•min，
故答案为：0.04mol/L•min

点评 本题考查了化学平衡影响因素，化学平衡的计算应用，反应速率、平衡常数计算等知识，掌握基础是解题关键，题目难度中等．