Question

氨在國民經濟中占有重要的地位，2008年，我國氨產量接近500萬噸．下圖是合成氨的簡要流程．

（1）下表是空氣中部分氣體的沸點．將空氣液化加熱分餾，依據下表數據判斷，最先氣化得到的氣體是

氦氣

．

氣體名稱	氨氣	氧氣	氦氣	氖氣	氬氣	氪氣	氚氣
沸點/℃	-196	-183	-269	-264	-186	-153	-108

（2）天然氣、重油、煤都可以與水反應制得氫氣．下表是某合成氨廠采用不同原料的相對投資和能量消耗．

原料	天然氣	重油	煤
相對投資費用	1.0	1.5	2.0
能量消耗/J?t-1	28×109	38×109	48×109

①依據上表信息，你認為采用

天然氣

為原料最好．
②請寫出甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應生成氫氣和一氧化碳的化學方程式：

CH₄+H₂O

催化劑  .

高溫

CO+3H₂

．
③已知C（s）、CO（g）和H₂（g）完全燃燒的熱化學方程式分別為：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ?mol^-1；
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ?mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ?mol^-1；
試寫出由C于水蒸氣在高溫條件下反應生成氫氣與一氧化碳的熱化學方程式

C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ?mol^-1

．
（3）下表是在某種催化劑作用下用體積比為1：3的氮、氫混合氣反應應達到平衡時的一些實驗數據．

NH3含量% 壓強/MPa 溫度/℃	0.1	10	20	30	60	100
200	15.3	81.5	86.4	89.9	95.4	98.8
300	2.2	52.0	64.2	71.0	84.2	92.6
400	0.4	25.1	38.2	47.0	65.2	79.8
500	0.1	10.6	19.1	26.4	42.2	57.5
600	0.05	4.5	9.1	13.8	23.1	31.4

①依據表中數據判斷，合成氨反應N₂+3H₂2NH₃的△H

＜

（填“＞”、“＜”或“無法判斷”）0，請簡要說明理由

相同條件下，升高溫度，NH₃含量減小，平衡左移，逆反應吸熱，正反應放熱

；
②該反應的化學平衡常數表達式為

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

．
③在300℃、10MPa下，合成氨反應達到平衡時，混合氣體的體積是反應開始時的

0.66

倍．

Answer 1

分析：（1）液態(tài)氣體升高溫度時，沸點最低的先變?yōu)闅怏w；
（2）①投資少，耗能少的更為適合；
②從質量守恒的角度書寫化學方程式；
③利用蓋斯定律計算反應熱；
（3）①在相同溫度下升高溫度氨氣的含量減小，說明平衡向逆反應方向移動；
②平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；
③根據反應的化學方程式計算．

解答：解：（1）液態(tài)氣體升高溫度時，氦氣沸點最低，先變?yōu)闅怏w，故答案為：氦氣；
（2）①用天然氣合成氫氣，投資最少，費用最低，應是最好的，故答案為：天然氣；
②甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應生成氫氣和一氧化碳，則反應的化學方程式為CH₄+H₂O

催化劑  .

高溫

 CO+3H₂，
故答案為：CH₄+H₂O

催化劑  .

高溫

 CO+3H₂；
③已知①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-394kJ?mol^-1；
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ?mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ?mol^-1；
利用蓋斯定律將①-

1

2

×②-

1

2

×③可得：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）
△H=（-394kJ?mol^-1）-

1

2

×（-566kJ?mol^-1）-

1

2

×（-484kJ?mol^-1）=+131kJ?mol^-1，
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131kJ?mol^-1；
（3）①由表中數據可知，在相同溫度下升高溫度氨氣的含量減小，說明平衡向逆反應方向移動，說明逆反應吸熱，正反應放熱，則△H＜0，
故答案為：＜；相同條件下，升高溫度，NH₃含量減小，平衡左移，逆反應吸熱，正反應放熱；
②根據化學方程式可寫出平衡常數為k=

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

，故答案為：

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

；
③N₂+3H₂2NH₃
起始：1   3             0
轉化：x   3x            2x
平衡：1-x 3（1-x）      2x

2x

1-x+3(1-x)+2x

=0.52，
x=0.68，
則混合氣體的體積是反應開始時的

4-2×0.68

4

=0.66，
故答案為：0.66．

點評：本題考查化學平衡的計算，題目難度中等，本題側重于數據的分析和處理能力的考查，學習中注意把握相關計算．