11
2019
04

合成氨工业,现今常采用450℃,20~50mpa条件下进行,下表是不同温度和压强下的平衡体系中氨的体积分数压强mpa15.220.330.440.5温度400℃32.838.848.255.4450℃

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问题描述:

合成氨工业,现今常采用450℃,20~50mpa条件下进行,下表是不同温度和压强下的平衡体系中氨的体积分数

 压强 mpa 15.2 20.3 30.4 40.5 

 
400℃32.838.848.255.4
450℃22.427.535.942.9
500℃14.918.825.831.9
550℃9.9012.818.223.2
(1)已知某温度下,平衡常数表达式为k=
c(nh3)
c(n2)1/2•c(h2)3/2
:写出能用该表达式表示的反应方程式:
1
2
n2
3
2
h2⇌nh3
1
2
n2
3
2
h2⇌nh3
(2)在一定压强下,从400℃到500℃,平衡常数k将______(填“增大”、“减小”
或“不变”);写出合成氨催化剂的名称______;
(3)分析表中数据,你能得出的结论是①______、②______;
(4)在工业选择了适宜条件以后,为了提高反应的转化率,可以采取的措施是______;
a、将混合体系中的氨气液化分离       b、在体系中充入适量的氢气
c、将氢气和氮气循环利用             d、在体系中充入适量的氨气.

最佳答案:

(1)依据平衡常数等于平衡生成物浓度的幂次方乘积除以反应物浓度的幂次方乘积,那么k的分母即是反应物,分子即为生产物,幂次方即为前面的系数,由k可知反应为

1
2
n2
3
2
h2⇌nh3,故答案为:
1
2
n2
3
2
h2⇌nh3;  
(2)根据表格在一定压强下,从400℃到500℃,氨的体积分数在变小,说明升温平衡向逆反应方向移动,故从400℃到500℃,平衡常数k将减小,合成氨催化剂的名称为铁触媒,故答案:减小;铁触媒;
(3)根据表格中的数据分析,在一定压强下温度越低,氨的体积分数在变大,在一定温度下压强越高,氨的体积分数在变大,所以高压低温有利于氨气的合成,但是工业生产除了要考虑转化率的问题还要考虑反应速率的问题,既要提高反应速率又要提高转化率,所以合成氨工业选择的条件是450℃,40.5mpa;
故答案:从化学反应速率角度,催化剂在450℃时,催化效果最好;从化学反应速率和平衡移动角度考虑,在能耗和材料强度许可的情况下,采用40.5mpa条件下平衡体系中氨的体积分数较大;
(4)根据平衡移动原理,为了提高反应的转化率,应尽可能的使平衡向正反应方向移动;
a、将混合体系中的氨气液化分离,相当于减少生产物的浓度,平衡向正反应方向移动,反应的转化率提高,故a正确;
b、在体系中充入适量的氢气,相当于增大反应物的浓度,虽然平衡向正反应方向移动,但是反应物氢气的总量增加的多,氢气的转化率反而减小,故b错误;
c、将氢气和氮气循环利用,相当于将没有转换的反应物再一次的进行反应,所以反应的转化率提高,故c正确;
d、在体系中充入适量的氨气,相当于增大生产物的浓度,平衡向逆反应方向移动,反应的转化率减小,故d错误;
故选ac.

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