Question

【題目】合成氨在生產中具有重要意義。請按要求回答下列問題。

（1）已知反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0。向恒溫恒容密閉的反應容器中投料1molN2、3molH2，在不同溫度下分別達平衡時，混合氣中NH3的物質的量分數(shù)隨壓強變化的曲線如圖所示:

①曲線A、B、C對應的溫度是由低到高依次是(填代表曲線的字母)_______。圖中X、Y、Z點的平衡常數(shù)大小關系(填“>”“<”或“=”):K(X)__K(Y)_____K(Z).

②既能加快化學反應速率有能提高H2的轉化率的措施有_______。

③Y點對應的H2的轉化率是_______；若僅將起始投料均加倍，其他條件不變，達新平衡時，則H2的轉化率將會(填“升高”、“降低”或“不變”) _______ 。

（2）電解法合成氨因其原料轉化率大幅度提高，有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工業(yè)合成氨工藝。電解法合成氨的兩種原理及裝置如圖甲和圖乙所示:

①圖甲a電極上的電極反應式為_______圖乙d電極上的電極反應式為_______。

②若圖甲和圖乙裝置的通電時間相同、電流強度相等，電解效率分別為80%和60%，則兩種裝置中產生氨氣的物質的量之比為_______。

Answer 1

【答案】 A<B<C = > 加壓或增大N2的濃度 75% 升高 H2-2e-=2H+ N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2- 4:3

【解析】（1）因為正反應是吸熱反應，相同壓強下，投料相同升高溫度平衡逆向移動，氨氣的含量減小，所以①曲線A、B、C對應的溫度是由低到高依次是. A<B<C。因為K只受溫度影響，溫度不變，化學反應平衡常數(shù)不變，圖中X、Y在同一條曲線上所以平衡常數(shù)相等，Z點氨的轉化率低，所以溫度高，因為正反應是吸熱反應，所以升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)降低，所以X、Y、Z點的平衡常數(shù)大小關系K(X)=K(Y)>K(Z)。

②加快化學反應速率的因素是升高溫度，增大壓強、提高濃度，加催化劑；要提高H2的轉化率需要化學平衡正向移動，結合兩方面因素，可采取的措施有加壓或增大N2的濃度。

③根據(jù)反應： N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

初始量（mol） 1 3 0

變化量（mol） x 3x 2x

Y點量（mol）1-x 3-3x 2x

Y點時氨氣的質量分數(shù)為60%，所以[2x/(1-x+3-3x +2x)]100%=60% x=0.75mol，Y點對應的H2的轉化率是為[(30.75mol)/3mol]100%=75%。若僅將起始投料均加倍，增大壓強平衡正向移動，所以在其他條件不變，增加起始投料達新平衡時，則H2的轉化率將升高。答案：75% 升高。

(2)①根據(jù)圖示甲可知電解時a為陽極，氫氣在陽極放電生成氫離子，電極反應式為；H2-2e-=2H+，據(jù)圖示乙可知電解時d電極為陰極，氮氣和水在陰極放電生成氨氣和O2-，電極反應式為：N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-；

②圖甲中陰極電極反應式為：N2+6e-+6H+=2NH3，圖乙中陰極電極反應式為：N2+3H2O+6e-= 2NH3+3O2-，生成1mol氨氣，反應均轉移3mol電子，則通電時間相同、電流強度相等，電解效率分別為80%和60%時，圖甲和圖乙裝置生成的氨氣的物質的量之比1×80%:1×60%=4:3。