Question

人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的過程。

I.最近一些科學(xué)家研究采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）實(shí)驗(yàn)氮的固定一電解法合成氨，大大提高了氮?dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率�？偡磻�(yīng)式為：N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)，則在電解法合成氨的過程中，應(yīng)將H₂不斷地通入_________極（填“陰”或“陽(yáng)”） ；向另一電極通入N₂，該電極的反應(yīng)式為__________________________。

II.據(jù)報(bào)道，在一定條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應(yīng)，主要產(chǎn)物為NH₃，相應(yīng)的反應(yīng)方程式為：2N₂(g)＋6H₂O(g)4NH₃(g)＋3O₂(g)   △H＝Q。

（1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為_______________。

（2）取五份等體積N₂和H₂O的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入體積相同的恒容密閉容器中，在溫度不相同的情況下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖所示，則上述反應(yīng)的Q________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

（3）若上述反應(yīng)在有催化劑的情況下發(fā)生，則下圖所示的a、b、c、d四條曲線中，能表示反應(yīng)體系能量變化的是_______（選填字母代號(hào)），圖中△H的絕對(duì)值為1530kJ·mol^-1。

III.目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)    △H＝－93.0kJ/mol。

回答下列問題：

（1）結(jié)合II中的數(shù)據(jù)，則O₂(g)＋2H₂(g)＝2H₂O(g)的△H＝______________。

（2）在一定溫度下，將1molN₂和3mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)得氣體總物質(zhì)的量為2.8mol。

①達(dá)平衡時(shí)，H₂的轉(zhuǎn)化率α₁＝______________。

②在相同條件下，若起始時(shí)只將NH₃置于該容器中，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)NH₃的轉(zhuǎn)化率為α₂，當(dāng)α₁＋α₂＝1時(shí)，則起始時(shí)NH₃的物質(zhì)的量n(NH₃)＝_____________mol。

 

Answer 1

【答案】

Ⅰ.  陽(yáng)（1分）    N₂＋6H^＋＋6e^－===2NH₃ （2分）

Ⅱ.（1）K＝（2分）（2）＞（2分）   （3）d（2分）

Ⅲ. （1）－572.0 kJ·mol^－1（2分，單位不寫不給分）   （2）①60%（2分）    ②2（1分）

【解析】

試題分析：Ⅰ.電解池中陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。所以從總反應(yīng)可以判斷出H₂是被氧化，應(yīng)該在陽(yáng)極通入，N₂在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，在陰極通入，電極反應(yīng)式是N₂+ 6H⁺+6e^-＝2NH₃。

Ⅱ.（1）化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)反應(yīng)方程式可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式K＝。

（2）曲線是在相同時(shí)間內(nèi)氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的關(guān)系，曲線的變化先增大后變小。溫度升高反應(yīng)速率加快。在此題中，反應(yīng)相同時(shí)間，低溫下的兩點(diǎn)是未達(dá)到平衡的兩點(diǎn)，隨溫度的升高，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)隨溫度升高而變大。曲線的最高點(diǎn)是某溫度下達(dá)到平衡的點(diǎn)，之后的兩點(diǎn)，均是平衡后的氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)，且隨溫度升高而降低，這說(shuō)明升高溫度平衡向正方應(yīng)方向移動(dòng)，因此生成氮?dú)獾姆磻?yīng)是放熱反應(yīng)，即此反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。

（3）根據(jù)（2）的結(jié)論，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，應(yīng)從c、d曲線中找答案。使用催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，因此應(yīng)該選d。

Ⅲ.（1）反應(yīng)①N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)和反應(yīng)②2N₂(g)＋6H₂O(g)4NH₃(g)＋3O₂(g)并依據(jù)則根據(jù)蓋斯定律可知，①×－②×即得到反應(yīng)O₂(g)＋2H₂(g)＝2H₂O(g)，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＝2/3×（－93 kJ·mol^－1）－1/3×1530 kJ·mol^－1＝－572 kJ·mol^－1。

（2）①由N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)可知，4mol的反應(yīng)物完全反應(yīng)，總物質(zhì)的量減小2mol。因此當(dāng)減少（4－2.8）mol＝1.2mol時(shí)，參加反應(yīng)的H₂為1.8mol，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率為×100%＝60﹪。

②設(shè)氨氣的物質(zhì)的量是x。α₁＋α₂＝1，所以α₂＝40%。平衡時(shí)氨氣的物質(zhì)的量是1.2mol，所以消耗氨氣是x－1.2mol，則x×40%＝x－1.2mol，解得x＝2.0mol。

考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)原理中的電化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)的限度（平衡態(tài)的建立、轉(zhuǎn)化率、化學(xué)平衡與反應(yīng)熱的計(jì)算）等