15. 人们曾认为
的化学反应速率小,原材料利用率低,不可能用于工业化生产。化学家们不断地研究和改进该反应的条件,如催化剂、温度、压强等,并更新设备,成功地开发了合成氨的生产工艺。从此,人类能为植物的生长提供足够的氮肥,缓解了地球上有限的耕地资源与庞大的粮食需求之间的矛盾。
合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,曾三次获诺贝尔化学奖:
1918年弗里茨·哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法获得诺贝尔化学奖,
1931年卡尔·博施因改进合成氨的方法获得诺贝尔化学奖,
2007年格哈德·埃特尔因发现了哈伯-博施法合成氨的作用机理获得诺贝尔化学奖。
和
在固体催化剂(Fe)表面合成氨的过程可用下图表示:
(图中
、
、
、
分别表示
、
、
和固体催化剂);反应历程如下(*表示吸附态):
吸附:
;
。
表面反应:
;
;
。
脱附:
。
其中,
的吸附分解反应活化能高、反应速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。
(1)
和
在固体催化剂表面合成氨过程中,吸附后、脱附前能量状态最低的是
__(填“A”、“B”或“C”)。
(2)在合成氨反应中,平衡时
的体积分数与反应体系的压强(P)、温度(T)的关系如图所示。
①有利于提高
平衡转化率的方法有
__(填字母)。
A.增大
的浓度
B.采用合适的催化剂
C.在高压下进行反应
D.在较高温度下进行反应
②其他条件相同,不同压强下在刚开始反应时反应物活化分子浓度较大的是
___(填“
”、“
”或“
”)。
(3)在实际工业生产中,常用铁触媒作催化剂,原料气中
和
物质的量之比为1:2.8,控制温度为500℃左右,压强为
Pa左右,不断将氨液化并移去液氨。
①从化学平衡角度看,
和
物质的量之比为1:3时平衡转化率最高。请分析实际生产中适当提高原料气中
比例的两个理由:
__、
__。
②据悉,日本某工厂选择了在700℃下合成氨,请(从化学动力学的角度)分析该厂选择合成温度为700℃的理由:
____。
③工业生产中同时还采用“不断将氨液化并移去液氨”的措施来提高合成氨产率,请分析采取该措施的原因:
__。