Question

【題目】大氣中CO2含量的增加會加劇溫室效應，為減少其排放，需將工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2分離出來進行儲存和利用。

(1)CO2與NH3反應可合成化肥尿素[化學式為CO(NH2)2]，反應2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)在合成塔中進行。如圖1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三條曲線為合成塔中按不同氨碳比[]和水碳比[]投料時二氧化碳轉(zhuǎn)化率的情況。

①曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的數(shù)值范圍分別為0.6～0.7、1～1.1和1.5～1.61，則生產(chǎn)中應選用水碳比的數(shù)值范圍為____。

②請推測生產(chǎn)中氨碳比控制在4.0左右還是控制在4.5左右比較適宜，并簡述你的理由_____。

(2)CO2與H2也可用于合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。在體積可變的恒壓密閉容器中，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖2所示。

①該反應的化學平衡常數(shù)的表達式為_____。

②該反應的ΔS___0，ΔH___0(填“>”或“<”)。

③700K投料比[]=2時，H2的平衡轉(zhuǎn)化率為_____。

Answer 1

【答案】0.6～0.7 4.0比較適宜；氨碳比在4.5時，NH3的量增大較多，而CO2轉(zhuǎn)化率增加不大，提高了生產(chǎn)成本 K= < < 45%

【解析】

(1)①依據(jù)反應轉(zhuǎn)化率的大小分析，結(jié)合圖象分析判斷；

②氨碳比在4.5時氨氣量增大對二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增加不大；

(2)①根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積進行書寫；

②根據(jù)反應前后氣體的物質(zhì)的量大小判斷△S，根據(jù)溫度對平衡的影響分析△H；

③由圖可知，在700K，投料比[n(H2)：n(CO2)]=2時，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為 30%，假設(shè)CO2、H2的起始物質(zhì)的量分別為1mol、2mol，轉(zhuǎn)化的二氧化碳為 0.3mol，根據(jù)方程式可知轉(zhuǎn)化的氫氣為0.9mol，進而計算H2的轉(zhuǎn)化率。

(1)①氨碳比相同時曲線Ⅰ二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大，所以生產(chǎn)中選用水碳比的數(shù)值為0.6～0.7；

②氨碳比在4.5時，需要氨氣較多，但依據(jù)圖象分析二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大不多，工業(yè) 合成氨生成工藝較復雜，提高生產(chǎn)成本，所以氨碳比應該控制在4.0左右；

(2)①平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，所以平衡常數(shù)K=；

②因為該反應為氣體減小的反應，則△S<0，因為溫度越高，CO2轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，逆反應為吸熱反應，則該反應正方向為放熱反應，即△H<0；

③由圖可知，在700K，投料比[n(H2)：n(CO2)]=2時，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為 30%，假設(shè)CO2、H2的起始物質(zhì)的量分別為1mol、2mol，轉(zhuǎn)化的二氧化碳為 0.3mol，根據(jù)方程式可知轉(zhuǎn)化的氫氣為0.9mol，進而計算H2的轉(zhuǎn)化率= 0.9mol 2mol ×100%=45%。