Question

科學(xué)家一直致力于“人工固氮”的方法研究．（1）目前合成氨的技術(shù)原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，該反應(yīng)的能量變化如圖所示．

①在反應(yīng)體系中加入催化劑，反應(yīng)速率增大，E₂的變化是：

 

．（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②將一定量的N₂（g）和H₂（g）放入2L的密閉容器中，在500℃、2×10⁷Pa下發(fā)生如下反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），5分鐘后達(dá)到平衡，測(cè)得N₂為0.2mol，H₂為0.6mol，NH₃為0.2mol．氮?dú)獾钠骄�反�?yīng)速率v（N₂）=

 

，H₂的轉(zhuǎn)化率為

 

，該反應(yīng)在此溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)為

 

．（后兩空保留小數(shù)點(diǎn)后一位）
③欲提高②容器中H₂的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是

 

．
A．向容器中按原比例再充入原料氣
B．向容器中再充入惰性氣體
C．改變反應(yīng)的催化劑
D．液化生成物分離出氨
（2）1998年希臘亞里士多德大學(xué)的兩位科學(xué)家采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳導(dǎo)H⁺），從而實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)化率的電解法合成氨．其實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．陰極的電極反應(yīng)式為

 

．

（3）根據(jù)最新“人工固氮”的研究報(bào)道，在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃和TiO₂）表面與水發(fā)生下列反應(yīng)：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=akJ/mol
進(jìn)一步研究NH₃生成量與溫度關(guān)系，常壓下達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

T/K	303	313	323
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0

此合成反應(yīng)的a

 

0．（填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素,電解原理

專(zhuān)題：化學(xué)平衡專(zhuān)題

分析：（1）①催化劑降低反應(yīng)的活化能；
②依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計(jì)算平衡量；依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算結(jié)果；
③根據(jù)影響化學(xué)平衡的影響條件分析判斷，平衡向正向進(jìn)行，增大另一種物質(zhì)的濃度會(huì)提高氫氣轉(zhuǎn)化率；
（2）電解池的陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（3）根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)方向的影響來(lái)判斷反應(yīng)的吸放熱情況．

解答： 解：（1）①在反應(yīng)體系中加入催化劑，反應(yīng)速率增大，降低了反應(yīng)的活化能，依據(jù)圖示方向可知E₂減小，故答案為：減小；
②將一定量的N₂（g）和H₂（g）放入2L的密閉容器中，在500℃、2×10⁷Pa下發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）5分鐘后達(dá)到平衡，測(cè)得N₂為0.2mol，H₂為0.6mol，NH₃為0.2mol．
依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計(jì)算：起始量=平衡量+變化量
               N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mmol） 0.3      0.9        0    
變化量（mol） 0.1      0.3        0.2
平衡量（mol） 0.2      0.6         0.2
氮?dú)獾钠骄�反�?yīng)速率v（N₂）=

0.1mol 2L

5min

=0.01mol/L?min；
H₂的轉(zhuǎn)化率=

0.3mol

0.9mol

×100%=33.3%，
K=

( 0.2 2 )2

0.2 2 ?( 0.6 2 )3

=3.7 L²/mol²，
故答案為：0.01mol?L^-1?min^-1；33.3%；3.7 L²/mol²；
③A、向容器中按原比例再充入原料氣，相當(dāng)于增大容器內(nèi)的壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，故A正確；
B、向容器中再充入惰性氣體，則各組分的濃度不變，平衡不移動(dòng)，所以反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不會(huì)改變，故B錯(cuò)誤；
C、改變反應(yīng)的催化劑，不改變化學(xué)平衡，不能提高氫氣轉(zhuǎn)化率，故C錯(cuò)誤；
D、液化生成物分離出氨，減少生成物，平衡正向進(jìn)行，提高氫氣轉(zhuǎn)化率，故D正確；
故選AD；
（2）電解池的陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，在合成氨中，氮?dú)獾秒娮樱�所以陰極反應(yīng)為N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（3）溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)方向的影響是：溫度越高，氨氣的量越大，所以升高溫度，平衡向右進(jìn)行，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故答案為：大于．

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)有關(guān)電化學(xué)以及化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)原理等知識(shí)，考查角度廣，難度大．