Question

【題目】工業合成氨在一定條件下發生如下反應：，當進入合成塔的和的體積比為1:3時，經測定，在一定溫度、壓強和催化劑條件下所得氨的平衡濃度（體積分數）如下表所示：

	20MPa	50MPa
500℃	19.1	42.2

而實際從合成塔出來的混合氣體中含有氨約15%。

完成下列填空：

（1）目前公認的合成氨工業最恰當的催化劑是________。

a．酶 b．二氧化錳 c．鐵觸媒 d．五氧化二釩

（2）298K時合成氨，每生成，同時放出46.2kJ的熱量。則該反應的熱化學方程式為__________；該溫度下，取和放在一密閉容器中，在催化劑條件下反應，測得反應放出的熱量總小于92.4kJ，其原因是________________________________。

（3）合成氨的溫度和壓強通常控制在約500℃以及20-50MPa的原因是_________________________________。

（4）實際上從合成塔出來的混合氣體中氨的體積分數小于理論值的原因是________。

a．表中所測數據有明顯誤差 b．生成條件控制不當

c．氨的分解速率大于預測值 d．合成塔中的反應未達到平衡

Answer 1

【答案】c 合成氨的反應是可逆的，和反應不可能完全轉化為，所以放出熱量總小于92.4kJ 500℃左右是催化劑的最佳活性溫度，合成氨反應是一個氣體總體積縮小的可逆反應，壓強越大，反應速率越快，到達平衡時氨的含量越高，有利于氨的合成，但壓強越大，需要動力超大，對材料、設備限制越高，綜合考慮選擇在20-50MPa進行生產 d

【解析】

（1）合成氨需要催化劑為鐵觸媒；

（2）根據熱化學方程式的書寫規則作答；氮氣與氫氣的反應為可逆反應；

（3）依據化學反應速率與化學平衡的綜合影響因素作答；

（4）A．根據題干信息可知，表中數據是“經科學測定”的，不會出現明顯誤差；
B．合成氨的過程中，不會出現生成條件控制不當的情況；
C．達到平衡時氨氣的濃度與氨氣的分解速率沒有必然關系；
D．無論怎樣改變條件，實際上得到的氨氣的體積分數都低于預測值，只能說明合成氨的過程中沒有達到平衡狀態；

（1）目前公認的合成氨工業最恰當的催化劑是為鐵觸媒，c項正確；

(2) 根據題意，生成2mol NH3所放出的熱量為 46.2 kJ × 2=92.4 kJ ，該反應的熱化學方程式為 ；由于合成氨的反應是一個可逆反應， 1 mol N 2 和 3 mol H 2 反應不可能完全轉化為NH 3 ，所以放出的熱量總小于 92.4 kJ ，

故答案為：；每生成1mol氨氣，同時放出46.2kJ的熱量，生成2nol氨氣放熱標92.4kJ，注物質聚集狀態和對應反應焓變寫出熱化學方程式為：合成氨反應是可逆反應，△H=92.4kJ/mol是1molN2 和3molH2完全反應放出的熱量。現在將1mol N2 和3mol H2在此條件下反應，因其為可逆反應，必然不能完全反應，放出的熱量必小于92.4kJ，故答案為：；合成氨的反應是可逆的，和反應不可能完全轉化為，所以放出熱量總小于92.4kJ；

（3）500℃左右是催化劑的最佳活性溫度，合成氨反應是一個氣體總體積縮小的可逆反應，壓強越大，反應速率越快，到達平衡時氨的含量越高，有利于氨的合成，但壓強越大，需要動力超大，對材料、設備限制越高，綜合考慮選擇在20-50MPa進行生產；

（4）a. 表中數據為科學家通過科學實驗所得，不可存在明顯誤差，a項錯誤；

b. 合成氨生成過程是連續的，不會對生產條件控制不當，b項錯誤；

c. 氨氣平衡時的濃度大小與速率的大小沒有直接關系，若是分解速率的影響，可以通過改變條件，降低反應速率，但無論在任何條件下氨氣的體積分數都會低于預測值，說明與氨氣的分解速率無關，c項錯誤；

d. 從合成塔出來的混合氣體中含有氨約為15%，與科學測定結果相比偏低，只能說明合成塔中的可逆反應并沒有達到平衡狀態，d項正確；

答案選d。