Question

【題目】含氮類化合物在人類的日常生活中有著重要的作用。

（1）研究表明，在200℃，壓強超過200MPa時，不使用催化劑，氨便可以順利合成。但工業上合成NH3往往在溫度500℃壓強20~50MPa的條件下進行，已知合成氨為放熱反應，試分析原因________________________________。

（2）已知：A.2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l) ΔH=-123kJ/mol

B. NH2COONH4(l)(NH2)2CO(g)+H2O(g) ΔH= +50kJ/mol

①在工業生產中，尿素是由以上A、B兩步合成的，則工業上由氨氣與二氧化碳合成尿素的熱化學反應方程式為：__________________________________。

②尿素合成過程中通過控制溫度、NH3和CO2的物質的量比(氨碳比a)等因素來提高CO2的轉化率。如圖是在其他因素一定，不同氨碳比條件下CO2平衡轉化率與溫度的關系圖。由圖可知當溫度一定時，a值越大，CO2轉化率越大其原因是_____________________；當a一定時，CO2平衡轉化率呈現先增大后減小的趨勢，其原因為_______________________________。

（3）工業上常利用4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)生產硝酸。在同溫條件下，向2L的反應容器中充入2mol NH3與2.75molO2，平衡時NH3轉化率為50%，則該溫度下K=________________；保持溫度不變，反應容器中每種物質各增加0.1mol，則平衡將___________移動；其他條件不變，下列措施一定可以增大氨氣轉化率的是_________________。

a.降低氨氣濃度 b.增大容器體積 c.降低溫度 d.移除水蒸氣 e.選擇合適的催化劑

Answer 1

【答案】 溫度太低反應太慢，壓強太大對設備要求較高，壓強太低轉化率下降 2NH3(g)+CO2(g) (NH2)2CO(g) +H2O(g) ΔH=-73kJ/mol a值越大，NH3占反應物比例高，平衡向正向移動提高了CO2轉化率 前半段B反應為主導因素，溫度升高，促進B反應向正向移動，后半段A反應為主導因素，A反應向逆向移動 0.75 逆向(或向左) abd

【解析】試題分析：本題考查合成NH3適宜條件的選擇，蓋斯定律的應用，化學平衡圖像的分析，化學平衡常數的計算和應用，外界條件對化學平衡的影響。

（1）工業合成氨的反應為N2+3H22NH3；工業上合成NH3使用500℃不使用200℃的原因是：溫度太低反應速率太慢，且在500℃時催化劑的催化活性最好。工業上合成NH3使用20~50MPa不使用200MPa的原因是：壓強太低反應速率慢且反應物轉化率低；雖然增大壓強既能加快反應速率也能提高NH3的產率，但壓強太大對設備要求較高，在經濟上不合算。

（2）①工業上用NH3與CO2反應生成（NH2）2CO和H2O，應用蓋斯定律，將A+B得，2NH3（g）+CO2（g）（NH2）2CO（g）+H2O（g）ΔH=（-123kJ/mol）+（+50kJ/mol）=-73kJ/mol，工業上由NH3和CO2合成尿素的熱化學方程式為：2NH3（g）+CO2（g）（NH2）2CO（g）+H2O（g）ΔH=-73kJ/mol。

②由圖可知當溫度一定時，a值越大，CO2轉化率越大，其原因是：a值越大，NH3占反應物的比例越大，平衡向正反應方向移動，提高CO2的轉化率。當a一定時，升高溫度CO2平衡轉化率呈現先增大后減小的趨勢，其原因是：前半段（最高點之前）B反應為主導因素，溫度升高，促進B反應向正向移動，后半段（最高點之后）A反應為主導因素，升高溫度，A反應向逆向移動。

（3）用三段式，4NH3（g）+ 5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）

c（起始）（mol/L）1 1.375 0 0

c（轉化）（mol/L）150%=0.5 0.625 0.5 0.75

c（平衡）（mol/L）0.5 0.75 0.5 0.75

該溫度下K===0.75。保持溫度不變，反應容器中每種物質各增加0.1mol，瞬時NH3、O2、NO、NH3物質的量濃度依次為0.55mol/L、0.8mol/L、0.55mol/L、0.8mol/L，此時Qc==0.80.75，平衡將逆向移動。a項，其他條件不變時，降低氨氣濃度，平衡向逆反應方向移動，O2的轉化率減小，NH3的轉化率增大；b項，增大容器體積，即減小壓強，平衡向正反應方向移動，NH3的轉化率增大；c項，由于該反應是放熱反應還是吸熱反應未知，無法判斷降低溫度，平衡移動的方向，無法判斷NH3的轉化率是增大還是減小；d項，移除水蒸氣，平衡向正反應方向移動，NH3的轉化率增大；e項，使用合適催化劑能加快反應速率，平衡不移動，NH3的轉化率不變；一定可以增大氨氣轉化率的是abd，答案選abd。