Question

氮的固定對人類的生存發(fā)展具有重要意義，科學(xué)家一直致力于“人工固氮”的新方法研究．
（1）豆科植物的根瘤菌含有一種固氮酶，能在常溫下將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為自身生長所需含氮化合物，下列說法錯(cuò)誤的是

 

．
A．固氮酶是一種蛋白質(zhì)                     B．固氮酶能降低固氮反應(yīng)發(fā)生所需的能量
C．固氮酶能使固氮反應(yīng)的平衡正向移動       D．固氮酶能加快固氮反應(yīng)的速率
（2）合成氨是目前最重要的固氮方法．如圖1為合成氨反應(yīng)在不同溫度和壓強(qiáng)、使用相同催化劑條件下，初始時(shí)氮?dú)�、氫氣的體積比為1：3時(shí)，平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)的變化曲線．

①A、B兩平衡狀態(tài)相比較，前者較大的是

 

．
a．平衡常數(shù)
b．平衡混合物的平均摩爾質(zhì)量
c．氫氣的轉(zhuǎn)化率
d．從反應(yīng)開始至達(dá)平衡狀態(tài)所需要的時(shí)間
②圖中p₁、p₂、p₃的大小順序?yàn)?div id="bhz75lj" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

．
③在250℃、p₂下，H₂的轉(zhuǎn)化率為

 

%（結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位）．
（3）據(jù)報(bào)道：在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH₃和一種單質(zhì)．已知：①H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（1）△H_l═-285.6kJ/mol②N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₂═-92.2kJ/mol
寫出此條件下氮?dú)夂退�反�?yīng)的熱化學(xué)方程式

 

．
（4）如圖2為一種常溫常壓下水溶液中電化學(xué)合成氨的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．請據(jù)此寫出其正極反應(yīng)的電極反應(yīng)式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的調(diào)控作用,工業(yè)合成氨,氮的固定

專題：化學(xué)平衡專題,元素及其化合物

分析：（1）酶屬于蛋白質(zhì)，所以固氮酶為一種蛋白質(zhì)，根據(jù)題干信息可知，固氮酶“可以在常溫下將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為自身生長所需含氮化合物”，說明大大降低了固定反應(yīng)發(fā)生所需能量、提高了反應(yīng)速率，但是固氮酶不會影響固定反應(yīng)的化學(xué)平衡；
（2）①B的溫度大于A，根據(jù)溫度對可逆反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₂═-92.2kJ/mol的影響判斷平衡常數(shù)大�。籄、B出氨氣的體積分?jǐn)?shù)相等，則各組分的含量相等，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量、氫氣的轉(zhuǎn)化率越大相等；B的壓強(qiáng)、溫度大于A，據(jù)此判斷達(dá)到平衡狀態(tài)所需時(shí)間大�。�
②根據(jù)溫度相同時(shí)，氨氣的體積分?jǐn)?shù)大小及壓強(qiáng)對合成氨的反應(yīng)的影響判斷壓強(qiáng)p₁、p₂、p₃的大小大小；
③在250℃、p₂下氨氣的體積分?jǐn)?shù)為50%列式計(jì)算出達(dá)到平衡時(shí)消耗氫氣的物質(zhì)的量，再計(jì)算出氫氣的轉(zhuǎn)化率；
（3）先根據(jù)反應(yīng)物和生成物寫出方程式：2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g），再根據(jù)蓋斯定律及題中熱化學(xué)方程式計(jì)算出目標(biāo)反應(yīng)的焓變，最后寫出其熱化學(xué)方程式即可；
（4）根據(jù)圖2可知，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)馐�去電子與水電離的氫離子結(jié)合生成氨氣，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式．

解答： 解：（1）A．酶都屬于蛋白質(zhì)，所以固氮酶是一種蛋白質(zhì)，故A正確；                     
B．固氮酶起到了催化劑的作用，所以固氮酶能降低固氮反應(yīng)發(fā)生所需的能量，使反應(yīng)在常溫下就可以進(jìn)行，故B正確；
C．催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能影響化學(xué)平衡，所以固氮酶不能使固氮反應(yīng)的平衡正向移動，故C錯(cuò)誤；       
D．催化劑能夠加快反應(yīng)速率，所以固氮酶能加快固氮反應(yīng)的速率，故D正確；
故答案為：C；
（2）①a．平衡常數(shù)只受溫度影響，根據(jù)圖象可知，A點(diǎn)的溫度小于B，合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向著逆向移動，平衡常數(shù)減小，所以A的平衡常數(shù)大于B，故A正確；
b．A、B都處于平衡狀態(tài)時(shí)，氨氣的體積分?jǐn)?shù)相等，則氮?dú)夂蜌錃獾捏w積分?jǐn)?shù)也相等，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量：A=B，故B錯(cuò)誤；
c．氫氣的轉(zhuǎn)化率：由于A、B達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各組分的含量完全相同，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率：A=B，故c錯(cuò)誤；
d．B的壓強(qiáng)、溫度都大于A，則B的反應(yīng)速率大于A，所以B優(yōu)先達(dá)到平衡狀態(tài)，即從反應(yīng)開始至達(dá)平衡狀態(tài)所需要的時(shí)間：A＞B，故d正確；
故答案為：ad；
②相同溫度下，壓強(qiáng)增大，平衡向著正向移動，氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，氨氣的體積分?jǐn)?shù)關(guān)系為：p₁＞p₂＞p₃，則壓強(qiáng)大小為：p₁＞p₂＞p₃，
故答案為：p₁＞p₂＞p₃，
③在250℃、1.0×10⁴kPa下，初始時(shí)氮?dú)�、氫氣的體積比為1：3，氨氣的體積分?jǐn)?shù)為50%，設(shè)氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為x，則
       N₂+3H₂?2NH₃
開始   1   3    0
轉(zhuǎn)化   x   3x  2x
平衡  1-x 3-3x  2x
所以

2x

4-2x

=50%，解得x=

2

3

，
則氫氣的轉(zhuǎn)化率為：

3× 2 3

3

×100%≈66.7%，
故答案為：66.7；
（3）①H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（1）△H_l═-285.6kJ/mol②N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₂═-92.2kJ/mol，
氮?dú)馀c水反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g），
根據(jù)蓋斯定律，②×2-①×6可得：2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=2△H₂-6△H_l═+1529.2kJ/mol，
故答案為：2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1529.2kJ/mol；
（4）根據(jù)圖示可知，電解質(zhì)陽極氮?dú)馐�去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氨氣，電極反應(yīng)式為：N₂-6e^-+6H₂O=2NH₃+6OH^-（或N₂-6e^-+6H⁺=2NH₃），
故答案為：N₂-6e^-+6H₂O=2NH₃+6OH^-（或N₂-6e^-+6H⁺=2NH₃）．

點(diǎn)評：本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，綜合性較強(qiáng)，題目難度較大，涉及化學(xué)平衡及計(jì)算、電解池原理、熱化學(xué)反應(yīng)等高考常考考點(diǎn)，注重學(xué)生能力的訓(xùn)練，把握圖象及數(shù)據(jù)處理即可解答．