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选修四
第二章 化学反应速率和化学平衡
第三节 化学平衡
转化率、产率
氨在国民经济中占有重要地位。
合成氨工业中,合成塔中每产生$\rm 2\ mol\ N{{H}_{3}}$,放出$\rm 92.2\ kJ$热量。
①工业合成氨的热化学方程式是 。
②若起始时向容器内放入$\rm 2\ mol\ {{N}_{2}}$和$\rm 6\ mol\ {{H}_{2}}$,达平衡后放出的热量为$Q$,则$Q($填少“$\rm \lt $”、“$\rm \lt $”或“$\rm =$”$\rm )$ $\rm 184.4\ kJ$。
③已知:
$\rm 1\ mol\ N-H$键断裂吸收的能量约等于 $\rm kJ$。
${\\rm {{N}_{2}}(g)+3{{H}_{2}}(g)\\rightleftharpoons 2N{{H}_{3}}(g) }\\quad\\Delta H=-92.2\\rm \\ kJ/mol$;$\\rm \\lt $;$\\rm 391$
"]]①氮气和氢气在催化剂作用下生成氨气,每产生$\rm 2\ mol\ N{{H}_{3}}$,放出$\rm 92.2\ kJ$热量,则工业合成氨的热化学方程式是${\rm {{N}_{2}}(g)+3{{H}_{2}}(g)\rightleftharpoons 2N{{H}_{3}}(g) }\quad\Delta H=-92.2\rm \ kJ/mol$。
②反应为可逆反应,进行不完全,则若起始时向容器内放入$\rm 2\ mol\ {{N}_{2}}$和$\rm 6\ mol\ {{H}_{2}}$,达平衡后放出的热量为$Q$,则$Q\lt 184.4\rm \ kJ$。
③反应焓变为反应物键能和减去生成物键能和,设$\rm 1\ mol\ N-H$键断裂吸收的能量约等于$ a$,则,${\rm 945.8\ kJ/mol +3\times 436\ kJ/mol}-6a =-92.2 \ \rm kJ/mol$,解得$a=391\rm \ kJ/mol$。
工业生产尿素的原理是以$\rm N{{H}_{3}}$和$\rm C{{O}_{2}}$为原料合成尿素$\rm \left[ CO{{(N{{H}_{2}})}_{2}} \right]$,反应的化学方程式为$\rm 2N{{H}_{3}}(g)+C{{O}_{2}}(g)\rightleftharpoons CO{{(N{{H}_{2}})}_{2}}(l)+{{H}_{2}}O(l)$,该反应的平衡常数和温度关系如下:
$T/\rm {}^\circ C$ | $\rm 165$ | $\rm 175$ | $\rm 185$ | $\rm 195$ |
$K$ | $\rm 111.9$ | $\rm 74.1$ | $\rm 50.6$ | $\rm 34.8$ |
①焓变$\Delta H\rm ($填“$\rm \gt $”、“$\rm \lt $”或“$\rm =$”$\rm )$ $\rm 0$。
②在一定温度和压强下,若原料气中的$\rm N{{H}_{3}}$和$\rm C{{O}_{2}}$的物质的量之比$\rm ($氨碳比$)\dfrac{n{\rm (N{{H}_{3}})}}{n{\rm (C{{O}_{2}})}}=x$,下图是氨碳比$(x)$与$\rm C{{O}_{2}}$平衡转化率$\rm ( \alpha )$的关系。$\rm \alpha$随着$x$增大而增大的原因是 。
③上图中的$\rm B$点处,$\rm N{{H}_{3}}$的平衡转化率为 。
$\\rm \\lt $;$x$增大说明$\\rm N{{H}_{3}}$的浓度增大,可逆反应$\\rm 2N{{H}_{3}}(g)+C{{O}_{2}}(g)\\rightleftharpoons CO{{(N{{H}_{2}})}_{2}}(l)+{{H}_{2}}O$正向移动,参加反应的$\\rm C{{O}_{2}}$增多,$\\rm C{{O}_{2}}$的平衡转化率增大;$\\rm 32\\%$
"]]①由图表可知,随着温度升高,平衡常数减小,说明平衡逆向移动,反应为放热反应,焓变$\Delta H\lt 0$。
②$x$增大说明$\rm N{{H}_{3}}$的浓度增大,可逆反应$\rm 2N{{H}_{3}}(g)+C{{O}_{2}}(g)\rightleftharpoons CO{{(N{{H}_{2}})}_{2}}(l)+{{H}_{2}}O$正向移动,参加反应的$\rm C{{O}_{2}}$增多,$\rm C{{O}_{2}}$的平衡转化率增大。
③上图中的$\rm B$点处,$\rm NH_{3}$和$\rm CO_{2}$的物质的量之比为$\rm 4.0$,设氨气、二氧化碳的物质的量分别为$\rm 4\ mol$、$\rm 1\ mol$,二氧化碳的转化率为$\rm 64\%$,则反应二氧化碳的物质的量为$\rm 0.64\ mol$,反应氨气的物质的量为$\rm 1.28\ mol$,则$\rm N{{H}_{3}}$的平衡转化率$\rm =\dfrac{1.28\ mol}{4\ mol}\times 100\% =32\%$。
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