Question

合成氨尿素工業生產過程中涉及的物質轉化過程如下圖所示。

(1)天然氣在高溫、催化劑作用下與水蒸氣反應生成H₂和CO的化學方程式為___________________________________。
(2)在合成氨生產中，將生成的氨氣及時從反應后的氣體中分離出來。運用化學平衡的知識分析這樣做是否有利于氨的合成，說明理由：___________。
(3)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。

①若分別用v_A(NH₃)和v_B(NH₃)表示從反應開始至平衡狀態A、B時的化學反應速率，則v_A(NH₃)________v_B(NH₃)(填“>”、“<”或“＝”)。
②在相同溫度下，當壓強由p₁變為p₃時，合成氨反應的化學平衡常數________(填“變大”、“變小”或“不變”)。
③在250°C、1.0×10⁴kPa下，H₂的轉化率為________%(計算結果保留小數點后1位)。

Answer 1

(1)CH₄＋H₂O(g)CO＋3H₂
(2)移走氨氣，減小生成物濃度，平衡右移，有利于氨的合成
(3)①<　②不變　③66.7

(1)由原子守恒可寫出：CH₄＋H₂O(g)CO＋3H₂。(2)從反應體系中移走氨氣，減小了生成物濃度，平衡向右移動，利于NH₃生成。(3)化學平衡常數只和溫度有關，改變壓強，化學平衡常數不變。由圖示可知250°C、1.0×10⁴ kPa時，平衡混合物中NH₃占50%，設N₂的轉化量為x，則：
N₂　＋　3H₂2NH₃
起始：  1       3      0
轉化：  x       3x     2x
平衡：  1－x  3－3x  2x
即： ×100%＝50%，解得x＝2/3，
故a(H₂)＝ ×100%≈66.7%。