氨是化肥工业和有机化工的主要原料,历史上在合成氨的理论可行性、工业化及机理等方面的研究上产生过三位诺贝尔奖得主。回答下列问题:
(1)科学家基于不同的催化体系提出了相应的反应机理。
①基于铁催化体系(添加了氧化铝和氧化钾)的反应机理及能量变化如图所示,据此计算反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的ΔΗ=2(E2+E4+E6–E1–E3–E5)+2(ΔH1+ΔH2)2(E2+E4+E6–E1–E3–E5)+2(ΔH1+ΔH2)。

②中科院大连化学物理研究所科研团队构筑了“过渡金属-LiH”双活性中心催化体系,显著提高了传统金属催化剂在温和条件下的合成氨性能,其反应过程分为以下三步(*表示催化剂的活性位点),据此写出Ⅱ的化学方程式。
Ⅰ.N2+2*=2N*;
Ⅱ. N*+LiH=*+[LiNH]或2N*+2LiH=2*+2[LiNH]N*+LiH=*+[LiNH]或2N*+2LiH=2*+2[LiNH];
Ⅲ.[LiNH]+32H2=LiH+NH3。
(2)研究表明,反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)在不同压强(p)和氮氢比[n(N2):n(H2)]下,平衡体系中氨的体积分数[φ(NH3)]随温度(T)的变化曲线如图所示。
①a点对应的转化率:α(N2) ==α(H2)(填“>”“<”或“=”,下同);p2>>p3。
②c点对应的φc(NH3)小于a点对应的φa(NH3),解释其原因为 合成氨反应是一个气体分子数减小的放热反应,减小压强或升高温度,平衡逆向移动,φ(NH3)减小,与a点相比,c点的温度高、压强大,温度对φ(NH3)的影响起主导作用合成氨反应是一个气体分子数减小的放热反应,减小压强或升高温度,平衡逆向移动,φ(NH3)减小,与a点相比,c点的温度高、压强大,温度对φ(NH3)的影响起主导作用。
③a、b、e三点对应的压强平衡常数(Ka、Kb和Kc)的大小关系为 Ka=Kb>KcKa=Kb>Kc;a点对应的压强平衡常数Kp=(25p3)2320p3×(920p3)3(25p3)2320p3×(920p3)3(用体系中各气体的分压来表示,分压=总压×物质的量分数)。
(3)合成氨动力学研究表明,反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)达到平衡时,正反应的速率方程为v正=k正p(N2)⋅p1.5(H2)⋅p-1(NH3)。已知:Kp=k正k逆,k正、k逆为速率常数。据此计算,v逆=k逆pα(N2)⋅pβ(H2)⋅pγ(NH3)中β=-1.5-1.5;γ=11。
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【答案】2(E2+E4+E6–E1–E3–E5)+2(ΔH1+ΔH2);N*+LiH=*+[LiNH]或2N*+2LiH=2*+2[LiNH];=;>;合成氨反应是一个气体分子数减小的放热反应,减小压强或升高温度,平衡逆向移动,φ(NH3)减小,与a点相比,c点的温度高、压强大,温度对φ(NH3)的影响起主导作用;Ka=Kb>Kc;;-1.5;1
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发布:2024/4/20 14:35:0组卷:42引用:2难度:0.5
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1.氢气最早于16世纪被人工制取出来,氢气是一种清洁能源。
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(2)T1℃时,向5L恒容密闭容器中充入0.5molCH4,只发生反应2CH4(g)⇌C2H4(g)+2H2(g),达到平衡时,测得c(C2H4)=2c(CH4),CH4的转化率为
(3)CH4分解时几种气体的平衡分压(pPa)的对数值lgp与温度的关系如图所示。
①T℃时,向一恒容密闭容器中通入一定量的CH4(g)、C2H4(g)和H2(g),只发生反应2CH4(g)⇌C2H2(g)+3H2(g)ΔH,ΔH
②若只改变一个反应条件使Kp变大,则该条件是
A.减小C2H2的浓度
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发布:2024/12/30 19:30:2组卷:67引用:6难度:0.6 -
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