Question

氮是大氣中含量最多的一種元素，氮及其化合物在生產(chǎn)、生活中有著重要作用．請回答：
（1）下列變化屬于“氮的固定”的是

 

（填字母）
a．植物從土壤中吸收氮肥
b．硝酸和氨氣反應(yīng)生成氮肥
c．將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)變?yōu)榈�的化合�?br />d．大豆的根瘤菌將含氮的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锏鞍踪|(zhì)
（2）據(jù)報(bào)道，意大利科學(xué)家獲得了極具研究價(jià)值的N₄，其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示．
已知Ⅰ．?dāng)嗔?mol N-N鍵吸收167kJ熱量，形成1mol N≡N鍵放出942kJ熱量，
Ⅱ．N₂ （g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1則：N₄ （g）+6H₂ （g）4NH₃（g）△H=

 

 kJ?mol^-1
（3）圖2是工業(yè)生產(chǎn)硝酸的流程．
①1909年化學(xué)家哈伯在實(shí)驗(yàn)室首次合成了氨．2007年化學(xué)家格哈德?埃特爾在哈伯研究所證實(shí)了氫氣與氮?dú)庠诠腆w催化劑表面合成氨的反應(yīng)過程，示意如圖：

、、     分別表示N₂、H₂、NH₃．圖⑤表示生成的NH₃離開催化劑表面．分別寫出圖②→③、圖③→④表示的變化過程

 

、．
②合成塔中發(fā)生反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=

 

．在一定溫度和壓強(qiáng)下，將H₂和N₂按3：1（體積比）混合后進(jìn)入合成塔，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，平衡混合氣中NH₃的體積分?jǐn)?shù)為15%，此時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．
③吸收塔中通入空氣的目的是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：氮的固定,工業(yè)制取硝酸,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的調(diào)控作用

專題：化學(xué)平衡專題,氮族元素

分析：（1）氮的固定是指將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮；
（2）Ⅱ、設(shè)出N-H的鍵能和H-H鍵的鍵能，根據(jù)所給的熱化學(xué)方程式，求出N-H鍵和H-H的鍵能，然后根據(jù)△H=斷鍵吸收的能量-成鍵放出的能量，即可解得；
（3）①、圖②→③則表示在催化劑表面，N₂、H₂中的化學(xué)鍵斷裂；圖③→④表示在催化劑表面，N、H原子間和形成新的化學(xué)鍵，生成NH₃ 分子；
②、化學(xué)平衡常數(shù)是：在特定物理?xiàng)l件下（如溫度、壓力、溶劑性質(zhì)、離子強(qiáng)度等），可逆化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)生成物與反應(yīng)物的濃度比或反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的濃度比．用符號(hào)“K”表示；根據(jù)反應(yīng)方程式 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），設(shè)參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量xmol，原混合氣體中 H₂ 和N₂ 按3：1（體積之比）混合，物質(zhì)的量之比也是3：1，設(shè)氫氣3nmol，氮?dú)鈔mol，列式求算即可；
③通入空氣，提供充足的氧氣，以便使NO能夠循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成硝酸．

解答： 解：（1）氮的固定是指將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮，故選C；
（2）設(shè)H-H鍵的鍵能為XKJ/mol，N-H鍵的鍵能為YKJ/mol，據(jù)熱化學(xué)方程式可知：N₂ （g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1
                                                                   942KJ      3X         6Y
故有 942KJ+3XKJ-6YKJ=-92.2kJ     可解得3X-6Y=-1034.2  ①
   反應(yīng) N₄ （g）+6H₂ （g）?4NH₃（g）
      6×167kJ   6XKJ         12YKJ
△H=斷鍵吸收的能量-成鍵放出的能量=6×167+6X-12Y=1002+2（2X-6Y）=1002+2×（-1034.2）=-1066.4KJ/mol
故答案為：-1066.4；
（3）①分析題中圖可以知道，圖②→③表示在催化劑表面，N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂，圖③→④表示在催化劑表面，N、H原子間和形成新的化學(xué)鍵，生成NH₃分子，
故答案為：②→③表示在催化劑表面，N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂；③→④在催化劑表面，N、H原子間和形成新的化學(xué)鍵，生成NH₃分子；
②化學(xué)平衡常數(shù)是：在特定物理?xiàng)l件下（如溫度、壓力、溶劑性質(zhì)、離子強(qiáng)度等），可逆化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)生成物與反應(yīng)物的濃度比或反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的濃度比．根據(jù)以上概念可以寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式 K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

，有反應(yīng)方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），設(shè)參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量xmol，原混合氣體中 H₂ 和N₂ 按3：1（體積之比）混合，物質(zhì)的量之比也是3：1，設(shè)氫氣3nmol，氮?dú)鈔mol，則參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為x/3mol，生成的氨氣為2x/3mol，列式：

2X/3

n-x/3+3n-x+2x/3

=15%，解得x≈0.78nmol，H₂ 的轉(zhuǎn)化率為：0.78nmol÷3nmol×100%=26%，
故答案為：K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

； 26%；
③不斷通入空氣，提供充足的氧氣，以便使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成硝酸，故答案為：使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成硝酸．

點(diǎn)評(píng)：本題以硝酸的工業(yè)制備為背景，綜合考查對化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)鍵變化、熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率計(jì)算等考點(diǎn)以及對圖形的觀察能力、推理能力．