Question

【題目】合成氨工業(yè)在國民生產中有重要意義。回答下列問題：

（1）在恒溫恒壓條件下，在裝置中發(fā)生合成氨的反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ，下列說法正確的是（______）（填字母）

A.氣體體積不再變化，則已經平衡

B.氣體密度不再變化，可能尚未達到平衡

C.平衡后，向裝置中通入氬氣，壓強不變，平衡不移動

D.平衡后，壓縮體積，則生成更多的氨氣

E.催化劑可以提高生產氨氣的產率

（2）N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH = —92.0 kJ·mol－1，恒容時，體系中各物質濃度隨時間變化曲線如圖1所示。

①25min時采取的措施是 _______________________________ 。

②三個時間段分別是改變一個條件引起的平衡移動，平衡時平衡常數KⅠ、KⅡ、KⅢ的大小關系 __________________。

③在實際工業(yè)生產中和①中措施的目的相同的其他措施還有 _____________________（寫兩條）

（3）①合成氨工藝生產中間環(huán)節(jié)產生的CO會導致催化劑中毒，常用銅液[醋酸二氨合銅（Ⅰ）、氨水]吸收，Cu(NH3)2Ac + CO + NH3 [Cu(NH3)3CO]Ac ΔH<0。簡述吸收CO及銅液再生的操作步驟（注明吸收和再生的條件）__________________________________________________________________________

②如果要提高上述反應的反應速率，且提高氨氣的轉化率，可采取的措施有（______）

a. 加壓 b.加催化劑 c.升溫 d.及時移走產物

（4）①用氨氣制取尿素[CO(NH2)2]的反應為：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g) ΔH<0。已知該反應的v (正)=k(正)c2(NH3)c(CO2)，v (逆)=k(逆)c(H2O)，k(正)和k(逆)為速率常數，則平衡常數K與k(正)、k(逆)的關系式是__________________

②實際生產中，原料氣帶有水蒸氣，圖2表示CO2轉化率與氨碳比、水碳比的變化關系。

a. 曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應的水碳比最大的是_______________。

b.測得B點氨的轉化率為40%，則X1= _________________ 。

Answer 1

【答案】AD將N2從反應體系中分離出去KⅢ >KⅠ=KⅡ高壓、原料氣循環(huán)利用低溫加壓下吸收CO，然后將銅洗液轉移至另一容器中，高溫低壓下釋放CO，然后將銅洗液循環(huán)利用aK=k(正)/k(逆)Ⅲ3

【解析】

(1)A.恒溫恒壓下，氣體摩爾體積相同，由于n=V/Vm，則氣體體積不再變化，就是氣體的總物質的量不再變化，說明反應已達平衡，故A正確；

B.氣體密度等于氣體質量除以氣體總體積，根據質量守恒定律可知氣體質量始終不變，若氣體密度不再變化，則氣體總體積不變，即氣體的總物質的量不變，說明反應已達平衡，故B錯誤；

C.平衡后充入稀有氣體，維持恒溫恒壓，必須增大容器容積，其實質是減小壓強，平衡向逆反應方向移動，故C錯誤；

D.平衡后，壓縮裝置，縮小容器容積，其實質是增大壓強，平衡向正反應方向移動，故D正確；

E.催化劑不能使平衡發(fā)生移動，只能加快反應速率，縮短到達平衡的時間，故不能提高生產氨氣的產率，故E錯誤。

因此，本題正確答案是：AD；

(2)①25 min時氨氣的物質的量迅速變?yōu)?/span>0，而氮氣、氫氣的物質的量不變，之后氮氣、氫氣的物質的量逐漸減小，氨氣的物質的量逐漸增大，說明25 min時改變的條件是將NH3從反應體系中分離出去；

②根據以上分析，25 min時改變的條件是將NH3從反應體系中分離出去，45 min時改變的條件時，氮氣、氫氣和氨氣濃度都沒變，之后氮氣和氫氣減小，氨氣增加，說明平衡正向移動，平衡常數增大，是降低溫度的結果，由于平衡常數只與溫度有關，所以平衡常數KⅢ >KⅠ=KⅡ；

③在實際工業(yè)生產中和①中措施的目的相同的其他措施還有高壓、原料氣循環(huán)利用等；

因此，本題正確答案是：將N2從反應體系中分離出去；KⅢ >KⅠ=KⅡ；高壓、原料氣循環(huán)利用；

(3)①吸收CO后的乙酸銅氨溶液經過適當處理后又可再生，恢復其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，依據Cu(NH3)2Ac + CO + NH3 [Cu(NH3)3CO]Ac ΔH<0，是氣體體積減小的放熱反應，可知再生的適宜條件是高溫低壓；

②如果要提高上述反應的反應速率，且提高氨氣的轉化率，可采取的措施是加壓，故選a，

因此，本題正確答案是：低溫加壓下吸收CO，然后將銅洗液轉移至另一容器中，高溫低壓下釋放CO，然后將銅洗液循環(huán)利用；a；

(4)①2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)，已知該反應的v (正)=k(正)c2(NH3)c(CO2)，v (逆)=k(逆)c(H2O)，平衡時，v (正)= v (逆)，則k(正)c2(NH3)c(CO2)= k(逆)c(H2O)，k(正)/ k(逆)= c(H2O)/ c2(NH3)c(CO2)=K，

②a.氨碳比相同時曲線Ⅰ對應二氧化碳的轉化率大，相應的水碳比較小，所以曲線Ⅲ對應的水碳比最大；

b.由題意可知：

2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)

起始量 x1 1

變化量 2a a

即100%=40%，100%=60%，則x1=3。

因此，本題正確答案是：K=k(正)/k(逆) ；Ⅲ； 3。