Question

【題目】合成氨是人類科學技術發(fā)展史上的一項重大突破，研究表明液氨是一種良好的儲氫物質。

（1）化學家Gethard Ertl證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的過程，示意如下圖：

下列說法正確的是____（選填字母）。

A．①表示N2、H2分子中均是單鍵

B．②→③需要吸收能量

C．該過程表示了化學變化中包含舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的生成

（2）氨氣分解反應的熱化學方程式如下：2NH3（g）N2（g）＋3H2（g）　△H，若N三N鍵、H一H鍵和N一H鍵的鍵能分別記作a、b和c（單位：kJ·mol－l），則上述反應的△H＝___kJ·mol一1。

（3）研究表明金屬催化劑可加速氨氣的分解。下表為某溫度下等質量的不同金屬分別催化等濃度氨氣分解生成氫氣的初始速率（m mol．min一1）。

①不同催化劑存在下，氨氣分解反應活化能最大的是___（填寫催化劑的化學式）。

②溫度為T，在一體積固定的密閉容器中加入2 molNH3，此時壓強為P0，用Ru催化氨氣分解，若平衡時氨氣分解的轉化率為50％，則該溫度下反應2NH3（g）N2（g）十3H2（g）用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)Kp＝___。[己知：氣體分壓（p分）＝氣體總壓（p總）x體積分數(shù)]

（4）關于合成氨工藝的理解，下列正確的是___。

A．合成氨工業(yè)常采用的反應溫度為500℃左右，可用勒夏特列原理解釋

B．使用初始反應速率更快的催化劑Ru，不能提高平衡時NH3的產量

C．合成氨工業(yè)采用10 MPa一30 MPa，是因常壓下N2和H2的轉化率不高

D．采用冷水降溫的方法可將合成后混合氣體中的氨液化

（5）下圖為合成氨反應在不同溫度和壓強、使用相同催化劑條件下，初始時氮氣、氫氣的體積比為1：3時，平衡混合物中氨的體積分數(shù)[（NH3）]。

①若分別用vA（NH3）和vB（NH3）表示從反應開始至達平衡狀態(tài)A、B時的化學反應速率，則vA（NH3）____vB（NH3）（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②在250℃、1.0×104kPa下，H2的轉化率為______%（計算結果保留小數(shù)點后1位）。

（6）N2和H2在鐵作催化劑作用下從145℃就開始反應，隨著溫度上升，單位時間內NH3產率增大，但溫度高于900℃后，單位時間內NH3產率逐漸下降的原因________。

Answer 1

【答案】BC 6c-a-3b BC < 66.7 高于900℃后，產率受平衡移動影響為主，溫度升高，平衡向左移動，NH3 產率下降

【解析】

⑴A. N2分子中是三鍵不是單鍵；

B. ②→③的過程是分子中價鍵斷裂為原子，價鍵斷裂是吸收能量的；

C. 化學變化的本質就是舊化學鍵的斷裂，新化學鍵的生成。

⑵，根據反應方程式計算；

⑶①根據碰撞理論的解釋，催化劑的催化原理實質上是降低反應的活化能，活化能越低，則活化分子百分數(shù)越高，反應速率越大；

②

體積分數(shù)等于物質的量分數(shù)所以的體積分數(shù)為 、N2的體積分數(shù)為 、的體積分數(shù)為 ，根據同溫同體積下，壓強之比等于物質的量之比得總壓強 化學平衡常數(shù) 帶入，得

⑷A.反應為放熱反應，按勒夏特列原理，應選擇較低溫度，此反應考慮到催化劑的活化溫度；

B.催化劑的作用是增大反應速率，使反應盡快到到平衡，但不影響反應物轉化率；

C. 反應是體積減小的反應，增大壓強反應向右進行，增大轉化率；

D.氨氣的沸點比水低，采用冷水降溫的方法不能將合成后混合氣體中的氨液化；

⑸①壓強大，速率大，溫度高，速率大；

② 初始時氮氣、氫氣的體積比為1：3時，假設為1 mol、 為3 mol， 設平衡時，消耗 x mol，再根據三段式法列式計算。

⑹合成氨的反應是放熱反應，當溫度高于900℃后，產率受平衡移動影響為主，溫度升高，平衡向左移動，NH3 產率下降；

⑴A.N2分子中是三鍵不是單鍵，故A錯誤；

B. ②→③的過程是分子中價鍵斷裂為原子，價鍵斷裂是吸收能量的，故需要吸收能量，故B正確；

C.化學變化的本質就是舊化學鍵的斷裂，新化學鍵的生成，所以氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的過程表示了化學變化中包含舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的生成，故C正確；

故答案為：BC。

⑵，含有三個N-H鍵，根據反應方程式可得，故答案為：；

⑶①Fe作催化劑時，氫氣的初始生成速率最小，根據碰撞理論的解釋，催化劑的催化原理實質上是降低反應的活化能，活化能越低，則活化分子百分數(shù)越高，反應速率越大，所以上述金屬比較，鐵作催化劑時，氨分解的活化能最大，故答案為：Fe；

②

體積分數(shù)等于物質的量分數(shù)所以的體積分數(shù)為 、N2的體積分數(shù)為 、的體積分數(shù)為 ，根據同溫同體積下，壓強之比等于物質的量之比得總壓強 化學平衡常數(shù) 帶入，得

⑷A.反應為放熱反應，按勒夏特列原理，應選擇較低溫度，此反應主要是考慮到催化劑的活化溫度，故A錯誤；

B.催化劑的作用是增大反應速率，使反應盡快到到平衡，但不影響反應限度，故使用初始反應速率更快的催化劑Ru，不能提高平衡時NH3的產量，故B正確；

C. 反應是體積減小的反應，增大壓強反應向右進行，所以合成氨工業(yè)壓強采用10 MPa一30 MPa，可以大大增加轉化率，故C正確；

D.氨氣的沸點比水低，采用冷水降溫的方法不能將合成后混合氣體中的氨液化，故D錯誤；

故答案為BC；

⑸①壓強大，速率快，溫度高，速率快，B的溫度比A的高，B的壓強比A的大，所以B的速率大于A的速率，故答案為：＜；

②初始時氮氣、氫氣的體積比為1：3時，假設為1mol、 為3mol，設平衡時，消耗xmol

由圖可知在250℃、1.0×104kPa下，平衡混合物中氨的體積分數(shù)為50%，列式

，解得 ， 的轉化率為，故答案為：66.7%；

⑹合成氨的反應是放熱反應，當溫度高于900℃后，產率受平衡移動影響為主，溫度升高，平衡向左移動，NH3 產率下降，故答案為：高于900℃后，產率受平衡移動影響為主，溫度升高，平衡向左移動，NH3 產率下降；