Question

合成氨工業(yè)是重要的化工工業(yè)，傳統(tǒng)合成氨的方法是N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=92.4kJ．mol^-1．影響合成氨工業(yè)生產(chǎn)效率的因素主要有溫度、壓強(qiáng)、催化劑、原料氣配比和氣體在裝置中的流速．

（1）該反應(yīng)放熱，升高溫度對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率不利，但工業(yè)生產(chǎn)中通常在420-500℃條件下進(jìn)行該反應(yīng)，其理由是

 

．
（2）圖1是壓強(qiáng)和原料氣配比對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率影響研究結(jié)果，圖中揭示的規(guī)律有：

 

；

 

．
（3）圖2是反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系圖，閱讀圖中信息，說明為什么實(shí)際生產(chǎn)中氣體在裝置中的流速是影響轉(zhuǎn)化率的重要因素？

 

（4）2001年希臘科學(xué)家利用電解反應(yīng)合成氨取得成功，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3，固體介質(zhì)能傳導(dǎo)H⁺，則鈀電極A是電解池的

 

極（填“陽”或“陰”），該極上的電極反應(yīng)式是

 

．
（5）有研究表明在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑表面與水發(fā)生反應(yīng)生成NH₃：2N₂+6H₂O?4NH₃+3O₂，
若N₂（g）+3H₂O（1）=2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=+765.2kJ?mol^-1
則反應(yīng)2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．

Answer 1

分析：（1）溫度越高，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡所需時(shí)間越短；
（2）根據(jù)曲線變化趨勢(shì)及縱橫坐標(biāo)的含義來分析解答；
（3）氣體流速影響反應(yīng)物的停留時(shí)間，從而影響轉(zhuǎn)化率；
（4）電解池中陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（5）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算．

解答：解：（1）該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，但溫度越高反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡所需時(shí)間越短，縮短生產(chǎn)周期，故答案為：提高反應(yīng)速率，縮短生產(chǎn)周期；
（2）根據(jù)圖表知，壓強(qiáng)移動(dòng)，氨氣的轉(zhuǎn)化率越大，根據(jù)配料氣配比比知，其值約等于3時(shí)其轉(zhuǎn)化率最高，
故答案為：壓強(qiáng)越大，轉(zhuǎn)化率越高；原料氣配比約等于3時(shí)轉(zhuǎn)化率最高；
（3）實(shí)際生產(chǎn)為連續(xù)生產(chǎn)，合成塔內(nèi)反應(yīng)體系未達(dá)到平衡即排出塔外時(shí)，氣體流速影響反應(yīng)物的反應(yīng)時(shí)間，從而影響反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，
故答案為：實(shí)際生產(chǎn)為連續(xù)生產(chǎn)，合成塔內(nèi)反應(yīng)體系未達(dá)平衡即排出塔外，氣體流速影響反應(yīng)物在反應(yīng)塔內(nèi)停留時(shí)間，從而影響反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；
（4）根據(jù)圖知，陰極上氮?dú)獾秒娮雍蜌潆x子反應(yīng)生成氨氣，所以鈀電極為陰極，其電極反應(yīng)式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，
故答案為：陰；N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃；
（5）N₂（g）+3H₂O（1）=2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=+765.2kJ?mol^-1，則2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）的△H=（+765.2kJ?mol^-1）×2=+1530.0kJ．mol^-1，
故答案為：+1530.0．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)反應(yīng)平衡的有關(guān)知識(shí)，涉及蓋斯定律、電極反應(yīng)式的書寫、圖象分析等知識(shí)點(diǎn)，圖象分析中注意縱橫坐標(biāo)、曲線變化趨勢(shì)等知識(shí)點(diǎn)，難度中等．