Question

（本小題14分）氮氣是制備含氮化合物的一種重要物質，而含氮化合物的用途廣泛。

（1）圖中表示兩個常見的固氮反應：

①N2＋3H22NH3

②N2＋O22NO的平衡常數(shù)(lg K)與溫度的關系，

根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)判斷下列說法正確的是________(填序號)。

A．反應②為放熱反應

B．常溫下，反應①的反應速率很大，而反應②的反應速率很小

C．升高溫度，反應①的反應速率增大，反應②的反應速率減小

D．在常溫下，利用反應①固氮和利用反應②固氮反應程度相差很大

（2）工業(yè)上也可在堿性溶液中通過電解的方法實現(xiàn)由N2制取NH3：2N2＋6H2O4NH3＋3O2，通入N2的一極是________(填“陰極”或“陽極”)，陽極的電極反應式是____ ____。

（3）根據(jù)最新“人工固氮”的研究報道，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：

①N2(g)＋3H2O(l)2NH3(g)＋O2(g) ΔH＝a kJ/mol。

已知：②N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ/mol，

2H2(g)＋O2(g)2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ/mol，則a＝__________。

（4）已知：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1316 kJ·mol－1 ，氨是一種潛在的清潔能源，可用作堿性燃料電池的燃料。

①當溫度不同(T2＞T1)、其他條件相同時，下列圖像正確的是________(填代號)。

②該燃料電池的負極反應式是____________________________________。

（5）工業(yè)上合成氨時，溫度過高，氨氣的產(chǎn)率降低，試從化學平衡移動原理的角度加以解釋：__________________________________________________________________。

 

Answer 1

（本小題14分，每空2分）（1） d；（2）陰極；4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 或2H2O－4e－=O2↑＋4H＋

（3）＋765.0 （4） ①乙 ② 2NH3－6e－＋6OH－=== N2↑＋6H2O

（5）由工業(yè)合成氨反應N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ/mol可知該反應的正反應為放熱反應，溫度過高時，導致平衡逆向移動，因而氨氣的產(chǎn)率降低。

【解析】

試題分析：根據(jù)圖像①可知溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度，平衡逆向移動，逆反應方向是吸熱反應，則該反應的正反應是放熱反應；②溫度越高，平衡常數(shù)越大，說明升高溫度，平衡正向移動，正反應方向是吸熱反應；所以選項A錯誤；B．常溫下，由于N≡N的鍵能和H—H、O=O的鍵能都很大，所以反應①②的反應速率不大，錯誤；C．升高溫度，無論是放熱反應還是吸熱反應，反應速率都增大，錯誤；D．在常溫下，根據(jù)平衡常數(shù)可知：利用反應①固氮和利用反應②固氮反應程度相差很大，正確。（2）根據(jù)反應方程式可知：在反應中N2得到電子，作氧化劑，因此應該作陰極，在陽極則是OH-失去電子被氧化，電極反應式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 或2H2O－4e－=O2↑＋4H＋；（3） (②—①)×2÷3，整理可得，2H2(g)＋O2(g)2H2O(l) ΔH＝－(92.4+a) ×2÷3=—571.6 kJ/mol，則a＝＋765.0KJ/mol；（4） ①升高溫度，正反應、逆反應的化學反應速率都加快，達到平衡所需要的時間縮短。所以甲錯誤；由于該反應的正反應是放熱反應。根據(jù)平衡移動原理可知：升高溫度，平衡逆向移動，達到平衡時NH3的轉化率降低，乙錯誤；該反應的正反應是氣體體積增大的反應，在其它條件不變時，增大壓強，平衡向氣體體積減小的逆反應方向移動，所以O2的轉化率降低，錯誤。②該燃料電池的負極發(fā)生氧化反應，根據(jù)方程式可知NH3在反應中元素的化合價升高，失去電子，被氧化，因此在負極的電極反應式是2NH3－6e－＋6OH－=== N2↑＋6H2O；（5）工業(yè)上合成氨時，溫度過高，氨氣的產(chǎn)率降低，這是由于合成氨的正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，對該反應來說，平衡逆向移動，所以合成氨時，溫度過高，氨氣的產(chǎn)率降低。

考點：考查熱化學方程式的書寫、溫度對平衡的影響、原電池 原理的應用、反應條件的選擇與物質產(chǎn)率的關系的知識。