Question

（12分）氨在國民經濟中占有重要地位。
（1）合成氨工業中，合成塔中每產生2 mol NH₃，放出92.2 kJ熱量。
①工業合成氨的熱化學方程式是_______。
②若起始時向容器內放入2 mol N₂和6 mol H₂，達平衡后放出的熱量為Q，則Q（填“>”、“<”或“=”）_______184.4 kJ。
③已知：

1 mol N-H鍵斷裂吸收的能量約等于_______kJ。
（2）工業生產尿素的原理是以NH₃和CO₂為原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反應的化學方程式為2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，該反應的平衡常數和溫度關系如下：

T / ℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

①焓變ΔH（填“>”、“<”或“=”）_______0。
②在一定溫度和壓強下，若原料氣中的NH₃和CO₂的物質的量之比（氨碳比），下圖是氨碳比（x）與CO₂平衡轉化率（α）的關系。α隨著x增大而增大的原因是_______。

③上圖中的B點處，NH₃的平衡轉化率為_______。

Answer 1

（1）①  
② <     ③391
（2）① <     ②c(NH₃)增大，平衡正向移動    ③32%

試題分析：（1）合成氨工業中每產生2 mol NH₃，放出92.2 kJ熱量。根據定量關系可以得到①工業合成氨的熱化學方程式是① ；由于該反應是可逆反應所以2 mol N₂和6 mol H₂完全反應理論上可以放出184.4 kJ熱量，但是實際中得到的只能比184.4 kJ少所以②若起始時向容器內放入2 mol N₂和6 mol H₂，達平衡后放出的熱量為Q<184.4 kJ。
③已知：
 
所以由反應熱的計算公式可得6 mol N-H鍵能—（1 mol N-N鍵能+3 mol H-H鍵能）=92.2kj
所以1 mol N-H鍵斷裂吸收的能量約等于391kJ。
（2）由該反應的平衡常數和溫度關系

T / ℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

 
可以看到溫度越高，平衡向吸熱方向移動，K越小，平衡向逆反應方向移動，即逆反應方向就是吸熱方向所以正反應方向為放熱反應，所以①焓變ΔH<0。
② 2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)增加NH₃的濃度，平衡會向正反應方向移動，所以CO₂平衡轉化率會增大                 
2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)
起始量物質的量：   4x      x             0           0
變化量物質的量：   2y      y             y           y
平衡量物質的量：  4x-2y    x-y            y           y
CO₂平衡轉化率a=y/x=64%      
所以③上圖中的B點處，NH₃的平衡轉化率=2y/4x=32%
點評：會用化學鍵計算反應熱，會用三行式進行化學平衡的計算，能熟練運用化學平衡常數和溫度的變化分析正逆反應的吸放熱情況。“三行式”即：第一行表示的是物質開始反應的量，第二行表示的是物質反應的量，第三行表示的是物質反應后的量。