Question

工業合成氨的反應為：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)    △H<0。某實驗將3.0 mol N₂(g)和4. 0 mol H₂(g)充入容積為10L的密閉容器中，在溫度T₁下反應。測得H₂的物質的量隨反應時間的變化如下圖所示。

（1）反應開始3min內，H₂的平均反應速率為                         。
（2）計算該條件下合成氨反應的化學平衡常數（寫出計算過程，結果保留2位有效數字）。
（3）僅改變溫度為T₂ ( T₂小于T_I）再進行實驗，請在答題卡框圖中畫出H₂的物質的量隨
反應時間變化的預期結果示意圖。
（4）在以煤為主要原料的合成氨工業中，原料氣氫氣常用下述方法獲得：

寫出上述CO與H₂O(g)反應的熱化學方程式：                     。
（5）合成氨工業中，原料氣(N₂、H₂混有少量CO、NH₃）在進入合成塔之前，用醋酸二氨合銅（I）溶液來吸收CO其反應為：CH₃COO[Cu(NH₃)₂]+CO+NH₃CH₃COO[Cu(NH₃)₃]?CO  △H<0。寫出提高CO吸收率的其中一項措施：               。

Answer 1

（16分）（1）0.080mol/(L·min) （3分，單位漏扣1分）
（2）（共5分）解：依題意，平衡時H₂的濃度為0.10 mol/L，則
N₂(g)  +  3H₂(g)   2NH₃(g)
起始濃度（mol/L）      0.30     0.40          0
轉化濃度（mol/L）      0.10     0.30          0.20
平衡濃度（mol/L）      0.20     0.10          0.20      （1分）
K===2.0×10² (L/mol)²
（4分，其中代入公式、代入數值各1分；結果2分，代入數值不帶單位不扣分，有效數字錯誤扣1分。）
（3）（2分，注意曲線起點、斜率、平衡點（t>8min,n(H₂)<1.0mol）要素有錯，每個要素扣1分，不標注溫度扣1分直至0分，）

（4）CO(g)+H₂O(g)==CO₂(g)+H₂(g) ΔH="+2.8" kJ/mol
（4分，狀態錯漏該小題0分，其中：方程式2分，ΔH 2分，錯漏單位扣1分。其他計量數，合理即給分）
（5）高壓，低溫，加入濃氨水 ，增大醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液濃度，及時分離CH₃COO[Cu(NH₃)₃]·CO等任寫一點，用催化劑不給分（2分，合理即給分）

解析試題分析：（1）讀圖可知，氫氣的物質的量從4.0mol減小到1.6mol，則v(H₂)====0.080mol/(L?min)，注意要保留兩位有效數字；（2）圖中氫氣平衡時的物質的量為1.0mol，由于c=n/V，則氫氣的平衡濃度為0.10mol/L，則
N₂(g)  +  3H₂(g)   2NH₃(g)
起始濃度（mol/L）      0.30     0.40         0
轉化濃度（mol/L）      0.10     0.30          0.20
平衡濃度（mol/L）      0.20     0.10          0.20      （1分）
K===2.0×10² (L/mol)²
（3）焓變小于0，說明合成氨是放熱反應，其它條件相同時，降低溫度，反應速率減小，平衡向正反應方向移動，則達到平衡的時間比原平衡時增大，平衡時氫氣的物質的量比原平衡時減小，由此可以畫出T₂時氫氣的物質的量隨反應時間變化的曲線；（4）先給已知反應編號為①②，觀察可知，反應①—②可以約去1/2O₂(g)，根據蓋斯定律可得：CO(g)+H₂O(g)==CO₂(g)+H₂(g) ΔH="+2.8" kJ/mol；（5）由于正反應是氣體體積減小的放熱反應，根據外界條件對平衡移動的影響規律，降低溫度、增大醋酸二氨合銅（I）或氨氣的濃度、減小CH₃COO[Cu(NH₃)₃]?CO的濃度或及時移走CH₃COO[Cu(NH₃)₃]?CO，都能使平衡右移，上述措施可以提高CO吸收率。
考點：考查化學反應原理，涉及平均反應速率計算、化學平衡常數計算、畫出溫度對反應速率和平衡移動的影響圖像、熱化學方程式的書寫、蓋斯定律、外界條件對平衡移動的影響等。