Question

【題目】工業(yè)合成氨是解決人類的生存問題。回答下列問題：

(1)科學家研究利用鐵觸媒催化合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用“ad”表示，對圖中線間距離窄小的部分，其能量差用的方式表示。由圖可知合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的=_______kJ·mol－1，反應(yīng)速率最慢的步驟的化學方程式為____________。

(2)工業(yè)合成氨反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，當進料體積比V(N2)：V(H2)=1：3時，平衡氣體中NH3的物質(zhì)的量分數(shù)隨溫度和壓強變化的關(guān)系如圖所示：

則500℃時：

①平衡常數(shù)KP(30MPa)________KP(100MPa)。(填“＜”、“=”、“＞”)

②30MPa時，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率為_________(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。用平衡分壓表示平衡常數(shù)KP=_______________(列出計算式即可，不必化簡)。

(3)科學家利用電解法在常溫常壓下實現(xiàn)合成氨，工作時陰極區(qū)的微觀反應(yīng)過程如圖所示，其中電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的有機溶液。

①陰極區(qū)生成NH3的電極反應(yīng)式為_____________。

②下列說法正確的是_______________(填標號)。

A.三氟甲磺酸鋰的作用是增強導電性

B.選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進入裝置

C.保持電流強度不變，升高溶液的溫度，可以加快電解反應(yīng)的速率

Answer 1

【答案】－92 Nad+3HadNHad + 2Had = 33.3% N2+6e－+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O－ AB

【解析】

(1)由圖可知，反應(yīng)物[N2(g)+H2(g)]和生成物[NH3(g)]的能量差為46 kJ·mol-1；反應(yīng)的活化能越大，破壞化學鍵消耗能量越大，反應(yīng)速率越慢，由圖可知，（Nad+3Had）轉(zhuǎn)化為（NHad + 2Had）時，反應(yīng)物破壞化學鍵消耗能量最大；

(2)①化學平衡常數(shù)是溫度函數(shù)，只受溫度變化的影響；

②由題意建立三段式求解可得；

(3)①從陰極區(qū)的微觀反應(yīng)過程示意圖可知，N2與C2H5OH在陰極區(qū)得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3和C2H5O-；

②A．三氟甲磺酸鋰電離出離子，使溶液中離子濃度增大，增強溶液導電性；

B．從示意圖可知，水在選擇性透過膜上方；

C．保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應(yīng)速率。

(1)由圖可知，反應(yīng)物[N2(g)+H2(g)]和生成物[NH3(g)]的能量差為46 kJ·mol-1，合成氨反應(yīng)N2(g)+H2(g)NH3(g)的H=—46 kJ·mol-1，則N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的=2×（—46 kJ·mol-1）=—92kJ·mol-1；反應(yīng)的活化能越大，破壞化學鍵消耗能量越大，反應(yīng)速率越慢，由圖可知，（Nad+3Had）轉(zhuǎn)化為（NHad + 2Had）時，反應(yīng)物破壞化學鍵消耗能量最大，則反應(yīng)速率最慢，反應(yīng)的化學方程式為Nad+3HadNHad + 2Had，故答案為：—92；Nad+3HadNHad + 2Had；

(2)①化學平衡常數(shù)是溫度函數(shù)，只受溫度變化的影響，則500℃時，反應(yīng)平衡常數(shù)Kp(30MPa)=Kp(100MPa)，故答案為：=；

②設(shè)參加反應(yīng)N2的物質(zhì)的量為x，由題意建立如下三段式：

由圖可知，氨氣的物質(zhì)的量分數(shù)為20%，則由三段式可得，解得x=，則氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率為=33%；由三段式數(shù)據(jù)可得N2的體積分數(shù)為=20%，H2的體積分數(shù)為=60%，則用平衡分壓表示平衡常數(shù)Kp=，故答案為：33%；；

(3)①從陰極區(qū)的微觀反應(yīng)過程示意圖可知，N2與C2H5OH在陰極區(qū)得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3和C2H5O-，電極反應(yīng)式為N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-，故答案為：N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-；

②A．從陰極反應(yīng)看，電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的有機溶液，三氟甲磺酸鋰并未參與反應(yīng)，作用是電離出離子，使溶液中離子濃度增大，增強溶液導電性，A正確；

B．從示意圖可知，水在選擇性透過膜上方，說明選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，不允許H2O透過，B正確；

C．保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應(yīng)速率，C錯誤；

AB正確，故答案為：AB。