德國科學(xué)家哈伯在1905年發(fā)明了合成氨的方法,開辟了人工固氮的重要途徑,解決了億萬人口生存問題。其合成原理為:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=-92.4kJ?mol-1,請回答下列問題:
(1)某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成氨的反應(yīng)。在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molN2和3molH2,加入合適催化劑(體積可以忽略不計)后在一定溫度壓強下開始反應(yīng),并用壓力計監(jiān)測容器內(nèi)壓強的變化如下表:
反應(yīng)時間/min |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
壓強/MPa |
16.80 |
14.78 |
13.86 |
13.27 |
12.85 |
12.60 |
12.60 |
則從反應(yīng)開始到25min時,以H
2表示的平均反應(yīng)速率為
0.03mol/(L?min)
0.03mol/(L?min)
。
(2)合成氨反應(yīng)N
2(g)+3H
2(g)?2NH
3(g),初始時氮氣、氫氣的體積比為1:3,在相同催化劑條件下平衡混合物中氨的體積分數(shù)φ(NH
3)與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示。
①A、B兩點化學(xué)反應(yīng)速率:v
逆(A)
<
<
v
逆(B)(填“>”、“=”、“<”)。
②在C點時,N
2的轉(zhuǎn)化率為
66.7%
66.7%
。
(3)隨著溫度升高,單位時間內(nèi)NH
3的產(chǎn)率增大,溫度高于900℃以后,單位時間內(nèi)NH
3的產(chǎn)率開始下降的原因可能是:升高溫度催化劑活性降低;
升高溫度,平衡逆向移動
升高溫度,平衡逆向移動
。
(4)工業(yè)上利用氨氣生產(chǎn)氫氰酸的反應(yīng)為:NH
3(g)+CH
4(g)?3H
2(g)+HCN(g)ΔH>0,在其他條件一定,該反應(yīng)達到平衡時NH
3轉(zhuǎn)化率隨外界條件Y變化的關(guān)系如圖所示,Y代表
C
C
(填字母代號)。
A.原料中CH
4與NH
3的體積比
B.溫度
C.壓強
D.催化劑
(5)工業(yè)合成氨反應(yīng)為:N
2(g)+3H
2(g)?2NH
3(g),當(dāng)進料體積比V(N
2):V(H
2)=1:3時,平衡氣體中NH
3的物質(zhì)的量分數(shù)隨溫度和壓強變化的關(guān)系如圖所示。500℃、壓強為10P
0時,K
p=
[K
p為平衡分壓代替平衡濃度計算求得的平衡常數(shù)(分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)),用P
0的代數(shù)式表示]。