Question

氨在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，2008年，我國氨產(chǎn)量接近500萬噸．下圖是合成氨的簡(jiǎn)要流程．

（1）下表是空氣中部分氣體的沸點(diǎn)．將空氣液化加熱分餾，依據(jù)下表數(shù)據(jù)判斷，最先氣化得到的氣體是

氦氣

．

氣體名稱	氨氣	氧氣	氦氣	氖氣	氬氣	氪氣	氚氣
沸點(diǎn)/℃	-196	-183	-269	-264	-186	-153	-108

（2）天然氣、重油、煤都可以與水反應(yīng)制得氫氣．下表是某合成氨廠采用不同原料的相對(duì)投資和能量消耗．

原料	天然氣	重油	煤
相對(duì)投資費(fèi)用	1.0	1.5	2.0
能量消耗/J?t-1	28×109	38×109	48×109

①依據(jù)上表信息，你認(rèn)為采用

天然氣

為原料最好．
②請(qǐng)寫出甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳的化學(xué)方程式：

CH₄+H₂O

催化劑  .

高溫

CO+3H₂

．
③已知C（s）、CO（g）和H₂（g）完全燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ?mol^-1；
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ?mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ?mol^-1；
試寫出由C于水蒸氣在高溫條件下反應(yīng)生成氫氣與一氧化碳的熱化學(xué)方程式

C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ?mol^-1

．
（3）下表是在某種催化劑作用下用體積比為1：3的氮、氫混合氣反應(yīng)應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．

NH3含量% 壓強(qiáng)/MPa 溫度/℃	0.1	10	20	30	60	100
200	15.3	81.5	86.4	89.9	95.4	98.8
300	2.2	52.0	64.2	71.0	84.2	92.6
400	0.4	25.1	38.2	47.0	65.2	79.8
500	0.1	10.6	19.1	26.4	42.2	57.5
600	0.05	4.5	9.1	13.8	23.1	31.4

①依據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，合成氨反應(yīng)N₂+3H₂2NH₃的△H

＜

（填“＞”、“＜”或“無法判斷”）0，請(qǐng)簡(jiǎn)要說明理由

相同條件下，升高溫度，NH₃含量減小，平衡左移，逆反應(yīng)吸熱，正反應(yīng)放熱

；
②該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

．
③在300℃、10MPa下，合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，混合氣體的體積是反應(yīng)開始時(shí)的

0.66

倍．

Answer 1

分析：（1）液態(tài)氣體升高溫度時(shí)，沸點(diǎn)最低的先變?yōu)闅怏w；
（2）①投資少，耗能少的更為適合；
②從質(zhì)量守恒的角度書寫化學(xué)方程式；
③利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；
（3）①在相同溫度下升高溫度氨氣的含量減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
②平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積；
③根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算．

解答：解：（1）液態(tài)氣體升高溫度時(shí)，氦氣沸點(diǎn)最低，先變?yōu)闅怏w，故答案為：氦氣；
（2）①用天然氣合成氫氣，投資最少，費(fèi)用最低，應(yīng)是最好的，故答案為：天然氣；
②甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH₄+H₂O

催化劑  .

高溫

 CO+3H₂，
故答案為：CH₄+H₂O

催化劑  .

高溫

 CO+3H₂；
③已知①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ?mol^-1；
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ?mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ?mol^-1；
利用蓋斯定律將①-

1

2

×②-

1

2

×③可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）
△H=（-394kJ?mol^-1）-

1

2

×（-566kJ?mol^-1）-

1

2

×（-484kJ?mol^-1）=+131kJ?mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ?mol^-1；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，在相同溫度下升高溫度氨氣的含量減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，說明逆反應(yīng)吸熱，正反應(yīng)放熱，則△H＜0，
故答案為：＜；相同條件下，升高溫度，NH₃含量減小，平衡左移，逆反應(yīng)吸熱，正反應(yīng)放熱；
②根據(jù)化學(xué)方程式可寫出平衡常數(shù)為k=

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

，故答案為：

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

；
③N₂+3H₂2NH₃
起始：1   3             0
轉(zhuǎn)化：x   3x            2x
平衡：1-x 3（1-x）      2x

2x

1-x+3(1-x)+2x

=0.52，
x=0.68，
則混合氣體的體積是反應(yīng)開始時(shí)的

4-2×0.68

4

=0.66，
故答案為：0.66．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，本題側(cè)重于數(shù)據(jù)的分析和處理能力的考查，學(xué)習(xí)中注意把握相關(guān)計(jì)算．