Question

(16分)合成氨技術的發明使工業化人工固氮成為現實。
(1)已知N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) H=-92．2kJ·mol^-1。在一定條件下反應時，當生成標準狀況下33.6LNH₃時，放出的熱量為           。
(2)合成氨混合體系在平衡狀態時NH₃的百分含量與溫度的關系如下圖所示。由圖可知：

①溫度T₁、T₂時的平衡常數分別為K₁、K₂，則K₁     K₂ (填“>”或“<”)。若在恒溫、恒壓條件下，向平衡體系中通入氦氣，平衡     移動、(填“向左”、“向右”或“不”)。
②T₂溫度時，在1L的密閉容器中加入2.1mol N₂、l.5molH₂，經10min達到平衡，則v(H₂)=         。達到平衡后，如果再向該容器內通入N₂、H₂、NH₃各0.4mol，則平衡     移動(填“向左”、“向右”或“不”)。
(3)工業上用CO2和NH3反應生成尿素：CO₂(g)+2NH₃(g)H₂O(1)+CO(NH₂)₂(1) △H，
在一定壓強下測得如下數據：

①則該反應△H   0，表中數據a   d，b   f(均選填“>”、‘‘=”或“<”)。
②從尿素合成塔內出來的氣體中仍含有一定量的CO₂、NH₃，應如何處理            。

Answer 1

（16分）
（1）69.15kJ（2分）
（2）① >（1分）   向左（1分）  ②0.09 mol·L^-1·min^-1（2分）    向右（2分）
（3）①>（2分）    < （2分）    <（2分）
②凈化后重新充入合成塔內，循環利用，提高原料利用率（2分）

試題分析：（1）標準狀況下33.6LNH₃物質的量為：33.6L÷22.4L/mol=1.5mol，92．2kJ·mol^-1÷2×1.5mol=69.15kJ。
（2）①根據圖像，B點NH₃的百分含量小于A點NH₃的百分含量，所以K₁ > K₂；若在恒溫、恒壓條件下，向平衡體系中通入氦氣，原反應體系氣體的壓強減小，平衡向氣體系數增大的方向移動，即向左移動。
②根據“三段式”進行計算，設N₂轉化濃度為X，則
N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)
起始濃度（mol?L?¹）  2.1    1.5         0
轉化濃度（mol?L?¹）   X     3X          2X
平衡濃度（mol?L?¹）2.1—X  1.5—3X      2X
根據T₁時NH₃的百分含量為20%，則2X/(2.1—X+1.5—3X+2X)=20%，解得X=0.3，則v(H₂)=0.9mol/L÷10min="0.09" mol·L^-1·min^-1；根據平衡濃度可求平衡常數K=(0.6mol?L?¹)²÷[1.8mol/L×(0.6mol?L?¹)³]=0.93(mol?L?¹)^-2，再向該容器內通入N₂、H₂、NH₃各0.4mol，則Q=(1mol?L?¹)²÷[2.2mol/L×(1mol?L?¹)³]=0.45(mol?L?¹)^-2，Q < K，所以平衡向右移動。
（3）①根據表中數據，溫度升高，CO₂的轉化率增大，平衡向右移動，所以正反應為吸熱反應，?H > 0；n(NH₃)/n(CO₂)增大，CO₂的轉化率增大，所以a < d，b <f。
②CO₂、NH₃為反應物，所以凈化后重新充入合成塔內，循環利用，提高原料利用率。