10.運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究合成氨反應(yīng)有重要意義,請(qǐng)回答下列問題:
(1)生成氫氣:將水蒸氣通過紅熱的炭即產(chǎn)生水煤氣。
C(s)+H2O(g)?H2(g)+CO(g)ΔH=+131.3kJ?mol-1,ΔS=+133.7J?mol-1?K-1,該反應(yīng)在低溫下
(“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。
(2)已知在T℃時(shí),反應(yīng)N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)的平衡常數(shù)K=0.5,相關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)為
化學(xué)鍵 |
N≡N |
H-H |
N-H |
鍵能/(kJ?mol-1) |
946 |
436 |
390.8 |
①T℃時(shí),2NH
3(g)?N
2(g)+3H
2(g)的ΔH=
。
②T℃時(shí),在1L密閉容器中進(jìn)行合成氨反應(yīng),一段時(shí)間后,測(cè)得N
2、H
2、NH
3的物質(zhì)的量分別為4mol、2mol、4mol,則此時(shí)反應(yīng)v
正(N
2)
v
逆(N
2)(填“>”“<”“=”或“不能確定”)。
(3)近期,我國(guó)科學(xué)家為了解決合成氨反應(yīng)速率和平衡產(chǎn)率的矛盾,選擇使用Fe-TiO
2-xH
y雙催化劑,通過光輻射產(chǎn)生溫差(如體系溫度為495℃時(shí),F(xiàn)e的溫度為547℃,而TiO
2-xH
y的溫度為415℃)。結(jié)合圖示解釋該雙催化劑的工作原理
。
(4)已知合成氨反應(yīng)的速率方程為:v=kc
α(N
2)c
β(H
2)c
-1(NH
3),k為反應(yīng)速率常數(shù)。在合成氨過程中,需要不斷分離出氨,該操作的目的是
。
(5)以氨為原料生產(chǎn)尿素的方程式為2NH
3(g)+CO
2(g)?CO(NH
2)
2(l)+H
2O(g)。
①為進(jìn)一步提高NH
3的平衡轉(zhuǎn)化率,下列措施能達(dá)到目的的是
(填字母)。
A.增大CO
2的濃度
B.增大壓強(qiáng)
C.及時(shí)轉(zhuǎn)移生成的尿素
D.使用更高效的催化劑
②尿素的合成分兩步進(jìn)行:a.2NH
3(g)+CO
2(g)?NH
2COONH
4(l)ΔH=-117kJ/mol
b.NH
2COONH
4(l)?CO(NH
2)
2(l)+H
2O(g)ΔH=+15kJ/mol,第一步反應(yīng)速率快,可判斷活化能較大的是
(填“第一步”或“第二步”)。
③某實(shí)驗(yàn)小組為了模擬工業(yè)合成尿素,在恒溫恒容的真空密閉容器中充入一定量的CO
2和NH
3發(fā)生反應(yīng):2NH
3(g)+CO
2(g)?CO(NH
2)
2(1)+H
2O(g),反應(yīng)過程中NH
3的體積分?jǐn)?shù)如圖所示。實(shí)驗(yàn)測(cè)得體系平衡時(shí)的壓強(qiáng)為10MPa,計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K
p=
(MPa)
-2(已知:分壓=總壓×體積分?jǐn)?shù))。