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合成氨的温度和压强通常控制在约500℃以及20 MPa~50 MPa的范围,当进入合成塔的N2和H2的体积比为1∶3时,经科学实验测定,在相应条件下N2和H2反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示:

而实际上从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%。

请回答下列问题:

(1)298 K下合成氨时,每生成1 mol氨气,同时放出46.2 kJ的热量,则该反应的热化学方程式为_________________________________________________。

在该温度下,取1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中,在催化剂存在的条件下进行反应,测得反应放出的热量总小于92.4 kJ,其原因是______________。

(2)实际上从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值的根本原因是_______________。

A.表中所测数据有明显误差

B.生产条件控制不当

C.氨的分解速率大于预测值

D.合成塔中的反应未达到平衡状态

(3)若工业生产中N2和H2按投料比1∶2.8的比例进入合成塔,那么转化率较大的应该是_________,采用此投料比的原因是______________,

若从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数仍为15%,则N2和H2的转化率之比是__________。


(1)根据题意,生成2 mol NH3所放出的热量为46.2 kJ×2=92.4 kJ,该反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)   ΔH=-92.4 kJ·mol-1

由于合成氨的反应是一个可逆反应,1 mol N2和3 mol H2反应不可能完全转化为NH3,所以放出的热量总小于92.4 kJ。

(2)从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数小于理论值,其根本原因是反应没有达到平衡状态。

(3)若投料比为1∶2.8,相当于增加了N2的用量,可以提高H2的转化率。

N2(g)   +   3H2(g)  2NH3(g)

起始量    1           2.8        0

变化量    x           3x         2x

平衡量    1-x         2.8-3x     2x

根据题意:解得x≈0.248。

N2、H2的转化率之比

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

合成氨的反应是一个可逆反应,1 mol N2和3 mol H2反应不可能完全转化为NH3

(2)D        (3)H2             增加相对廉价原料N2的用量,提高相对贵重原料H2的转化率,降低生产成本       1∶1.07


练习册系列答案
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已知:

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回答下列问题:

(1)A的结构简式为________________;

(2)B的结构简式为_________________;

(3)反应C→D所需要的试剂是_________________________;

(4)H不能发生催化氧化,H的结构简式是____________________________________;

(5) I中的官能团名称是___________________;

(6) I中可能含有的杂质是_____________________(写结构简式);

(7)写出I→J的反应方程式________________________________________________;

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25℃时,1 mol/L的NH4Cl、CH3COONH4、NH4HSO4三种溶液中,测得c(NH)分别为abc(单位为mol/L),下列判断正确的是       (  )                   

A.abc         B.abc      C.acb             D.cab

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物质的量浓度相同的下列溶液中,含微粒种类最多的是(  )

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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

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________________________________________________________________________。

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