Question

合成氨工業(yè)的反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0工業(yè)合成氨生產(chǎn)示意圖如圖1所示．

（1）寫出該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式：K=______．隨著溫度升高，K值______（填增大、減小、不變）
（2）Y的主要成分為______；
（3）化工生產(chǎn)條件選定的主要原因是（選填字母序號）______；
A．溫度、壓強對化學平衡的影響；
B．鐵觸媒在該溫度時活性大；
C．工業(yè)生產(chǎn)受動力、材料、設(shè)備等條件的限制．
（4）改變反應(yīng)條件，會使平衡發(fā)生移動．如圖2象表示隨條件改變，氨氣的百分含量的變化趨勢．
當橫坐標為壓強時，變化趨勢正確的是（選填字母序號）______，
當橫坐標為溫度時，變化趨勢正確的是（選填字母序號）______．
（5）合成氨工廠常通過測定反應(yīng)前后的混合氣體密度來確定氮的轉(zhuǎn)化率．某工廠測得合成塔中N₂、H₂的密度為0.5536g/L（標準狀況），從合成塔中出來的混合氣體密度為0.693g/L．則該合成氨廠N₂的轉(zhuǎn)化率為多少？．

Answer 1

解：（1）根據(jù)平衡常數(shù)的書寫要求，該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式K=，溫度升高，平衡逆向移動，c（NH₃）減小，c（N₂）、c（H₂）增大，所以平衡常數(shù)減小，故答案為：，減小；
（2）Y的主要成分為NH₃分離后的N₂、H₂，故答案為：N₂、H₂；
（3）若要加快化學反應(yīng)速率及平衡正向移動，應(yīng)選擇高溫、高壓、催化劑，但催化劑鐵觸媒在500℃時活性最大，加壓有利于平衡正向移動，但對動力、材料、設(shè)備等條件要求高，所以壓強不能太大，故答案為：BC；
（4）當橫坐標為壓強時，因為增大壓強，平衡正向移動，NH₃含量增大，變化趨勢正確的是b，當橫坐標為溫度時，因為反應(yīng)正向放熱，升溫，平衡逆向移動，NH₃含量降低，變化趨勢正確的是a，故答案為：b，a
（5）設(shè)反應(yīng)前混合氣體中氮氣的物質(zhì)的量分數(shù)為x，氫氣物質(zhì)的量分數(shù)為（1-x），依題意得：
28x+2（1-x）=0.5536×22.4 解得x=0.4
所以N₂、H₂的物質(zhì)的量之比為2：3
設(shè)起始N₂的物質(zhì)的量為2mol，H₂為3 mol，N₂的轉(zhuǎn)化量為y
N₂ +3H₂ ?2NH₃
2 3 0
y 3y 2y
2-y 3-3y 2y
總物質(zhì)的量=2-y+3-3y+2y=（5-2y）mol
=0.693×22.4（左右都是反應(yīng)后氣體的摩爾質(zhì)量）
y=0.5 mol
所以N₂的轉(zhuǎn)化率為×100%=25%，故答案為：25%．
分析：（1）平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值；根據(jù)溫度升高，平衡逆向移動來判斷；
（2）根據(jù)該反應(yīng)為可逆反應(yīng)以及Y可循環(huán)使用；
（3）根據(jù)外界條件對化學反應(yīng)速率及平衡的影響，同時還要考慮實際情況；
（4）根據(jù)增大壓強，平衡正向移動，NH₃含量增大；根據(jù)升高溫度，平衡逆向移動，NH₃含量降低；
（5）先根據(jù)M=ρVm計算混合氣體的平均摩爾質(zhì)量，根據(jù)十字交叉法計算反應(yīng)前混合氣體中N₂和H₂的體積比，然后根據(jù)M=ρVm=求出轉(zhuǎn)化率；
點評：本題主要考查平衡常數(shù)的概念、平衡移動的判斷與計算，難度不大，注意三段式解題法的利用．