歷史上諾貝爾化學獎曾經3次頒給研究合成氨的化學家。合成氨的原理為N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)?;卮鹣铝袉栴}。
(1)t℃時,向填充有催化劑、體積為2L的剛性容器中充入一定量的H2和N2合成氨,實驗中測得c(NH3)隨時間的變化如表所示:
時間/min |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
c(NH3)/mol?L-1 |
0.08 |
0.14 |
0.18 |
0.20 |
0.20 |
0.20 |
①5~15min內N
2的平均反應速率v(N
2)=
0.005
0.005
mol?L
-1?min
-1。
②根據表中數據,在
20
20
min以后反應處于平衡狀態(tài)。能加快反應達到平衡的措施有
升高溫度、增大壓強
升高溫度、增大壓強
(寫出兩條)。
③下列情況能說明反應達到平衡狀態(tài)的是
BC
BC
(填標號)。
A.2v(NH
3)=3v(H
2)
B.混合氣體的相對分子質量不再變化
C.N
2體積分數不再變化
D.混合氣體的密度保持不變
(2)如表列出了在不同溫度和壓強下,反應達到平衡時NH
3的百分含量w(NH
3)。
壓強/MPa v(NH3)/% 溫度/℃ |
0.1 |
10 |
20 |
30 |
60 |
100 |
200 |
15.3 |
81.5 |
86.4 |
89.9 |
95.4 |
98.8 |
300 |
2.2 |
52.0 |
64.2 |
71.0 |
84.2 |
92.6 |
400 |
0.4 |
25.1 |
38.2 |
47.0 |
65.5 |
79.8 |
500 |
0.1 |
10.6 |
19.1 |
26.4 |
42.2 |
57.5 |
600 |
0.05 |
4.5 |
9.1 |
13.8 |
23.1 |
31.4 |
①從表中數據得出,最優(yōu)的條件是
200℃、100MPa
200℃、100MPa
。
②工業(yè)上通常選擇在400~500℃和10~30MPa條件下合成氨,原因是
溫度太低,反應太慢,溫度過高,反應逆向進行;壓強太低,反應太慢,壓強過高,對設備損傷大
溫度太低,反應太慢,溫度過高,反應逆向進行;壓強太低,反應太慢,壓強過高,對設備損傷大
。