氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题：

1. 氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题：

(1) 根据图1数据计算反应 $\text{[math]}$ N₂(g)+ $\text{[math]}$ H₂(g)=NH₃(g)的ΔH=kJ•mol^-1。

(2) 研究表明，合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位，N $\text{[math]}$ 表示被吸附于催化剂表面的N₂)。判断上述反应机理中，速率控制步骤(即速率最慢步骤)为 (填步骤前的标号)，理由是。

(3) 在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示。其中一种进料组成为 $\text{[math]}$ =0.75、 $\text{[math]}$ =0.25，另一种为 $\text{[math]}$ =0.675、 $\text{[math]}$ =0.225、x_Ar=0.10(物质i的摩尔分数：x_i= $\text{[math]}$ )。

①图中压强由小到大的顺序为，判断的依据是。

②进料组成中含有惰性气体Ar的图是。

③图3中，当 p₂=20MPa、 $\text{[math]}$ =0.20时，氮气的转化率α=。该温度时，反应N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)的平衡常数K_p=(MPa)^-2。

【考点】

化学反应速率的影响因素; 化学平衡的影响因素; 化学平衡的调控; 化学平衡转化过程中的变化曲线; 化学反应速率与化学平衡的综合应用;

【答案】

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综合题困难

1. 甲烷和二氧化碳是两种主要的温室气体，工业上利用甲烷和二氧化碳催化重整为合成气，实现节能减排。重整过程中主要发生如下反应：

Ⅰ． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ；

Ⅱ． $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

回答下列问题：

(1) 根据反应Ⅰ、Ⅱ，下列能提高 $\text{[math]}$ 平衡转化率的是________（填字母）。 A. 恒温恒容下增加 $\text{[math]}$ 的用量 B. 恒温恒压下通入惰性气体 C. 升高温度 D. 加入更高效催化剂

(2) 研究表明，反应Ⅰ的一种反应机理（ads指吸附在催化剂表面的中间物种）如下：

ⅰ． $\text{[math]}$ ；

ⅱ． $\text{[math]}$ ；

ⅲ．……

ⅳ． $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。

则反应ⅲ的方程式为。

(3) 甲烷和二氧化碳催化重整反应体系中，催化剂失活主要是由于催化剂的表面积炭所致。催化剂表面积炭主要来自 $\text{[math]}$ 裂解： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的歧化： $\text{[math]}$ 。

①歧化反应 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ 。

②研究表明，催化剂所用助剂碱性越强，抗积炭能力越强。用下列物质作助剂的催化剂抗积炭能力最强的是（填字母）。

A． $\text{[math]}$ B． $\text{[math]}$ C． $\text{[math]}$ D． $\text{[math]}$

(4) 在恒压、反应物起始物质的量比 $\text{[math]}$ 条件下，发生上述反应Ⅰ、Ⅱ， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。

①表示 $\text{[math]}$ 的平衡转化率随温度变化的曲线是（填“曲线A”或“曲线B”）。

②恒压、800K、初始 $\text{[math]}$ 条件下，要使 $\text{[math]}$ 转化率的值从X点提高到Y点，需要改变的条件可能是（答出1点即可）。

③已知图中940K时曲线A、B对应物质的平衡转化率分别为80%和60%，则平衡体系中 $\text{[math]}$ 的物质的量分数为；此温度下，反应Ⅱ的平衡常数 $\text{[math]}$ 。

综合题普通

2. 丙烯腈 $\text{[math]}$ 是重要的化工原料，其合成分两步进行。

I．丙烷脱氢制丙烯

丙烷脱氢过程中发生如下反应：

i． $\text{[math]}$

ii． $\text{[math]}$

(1) 升温时，测得丙烯平衡产率降低。

①升温时，丙烷的平衡转化率(填“提高”“降低”或“不变”)。

②丙烯平衡产率降低的可能原因是。

(2) 工业上，常在恒压条件下充入高温水蒸气使反应器再热。请分析充入高温水蒸气的作用：。

(3) 已知：i． $\text{[math]}$

ii． $\text{[math]}$ 在高温下脱氢时碳碳键易断裂，产生积炭后，催化剂活性降低

工业上，常在 $\text{[math]}$ 中加入一定量的 $\text{[math]}$ ，目的是。

Ⅱ．丙烯氨氧化制丙烯腈

丙烯在一定条件下生成丙烯腈 $\text{[math]}$ ，副产物为丙烯醛 $\text{[math]}$ ，反应如下：

i． $\text{[math]}$

ii． $\text{[math]}$

(4) 原料气中 $\text{[math]}$ 和丙烯的比例对产物收率的影响如图所示。

已知： $\text{[math]}$ 碱性条件下容易分解。

① $\text{[math]}$ 时产物主要为丙烯醛 $\text{[math]}$ ，原因是。

② $\text{[math]}$ 时，冷却吸收后丙烯腈收率略有降低，原因是。

综合题普通

3. 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为： $\text{[math]}$ 。

回答下列问题：

(1) 合成氨反应在常温下(填“能”或“不能”)自发。

(2) 温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用 $\text{[math]}$ 。

(3) 传统催化剂用的是铁触媒，合成氨反应在 $\text{[math]}$ 催化剂上可能通过以下机理进行(*表示催化剂表面吸附位， $\text{[math]}$ 表示被吸附于催化剂表面的 $\text{[math]}$ )判断上述反应机理中，速率控制步骤(即速率最慢步骤)为(填步骤前的标号)，理由是。

(i) $\text{[math]}$

(ii) $\text{[math]}$

(iii) $\text{[math]}$

(iv) $\text{[math]}$

(v) $\text{[math]}$

……

(…) $\text{[math]}$

(4) 针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。

方案一：双温-双控-双催化剂。使用 $\text{[math]}$ 双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为 $\text{[math]}$ 时， $\text{[math]}$ 的温度为 $\text{[math]}$ ，而 $\text{[math]}$ 的温度为 $\text{[math]}$ )。