Question

(08年廣東卷)科學(xué)家一直致力研究常溫、常壓下“人工圍氮”的新方法。曾有實(shí)驗(yàn)報(bào)道：在常溫、常壓、學(xué)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(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH3。進(jìn)一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表（光照、N2壓力1.0×105Pa、反應(yīng)時(shí)間3 h）:

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/（10-6mol）	4．8	5．9	6．0	2．0

相應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

N2(g)+3H2O(1)=2NH3(g)+O2(g)    ΔH=+765.2kJ?mol-1

回答下列問(wèn)題：

（1）請(qǐng)?jiān)诖痤}卡的坐標(biāo)圖中畫出上述反應(yīng)在有催化劑與無(wú)催化劑兩種情況下反應(yīng)過(guò)程中體系能量變化示意圖，并進(jìn)行必要標(biāo)注。

（2）與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應(yīng)速率慢。請(qǐng)?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH3生成量的建議：_________。

（3）工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。設(shè)在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60mol N2(g)和1.60 mol H2(g),.反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡時(shí)，NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)（NH2的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總的物質(zhì)的量之比）為。計(jì)算

① 該條件下N2的平衡轉(zhuǎn)化率；

②該條件下反應(yīng)2NH3(g)            N2(g)+3H2(g)的平衡常數(shù)。

Answer 1

〖解析〗(1)畫圖略

要點(diǎn)：

1.催化劑可降低反應(yīng)的活化能，但對(duì)這各反應(yīng)前后能量變化并不產(chǎn)生任何影響。

2.該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以反應(yīng)物的總能量要低于生成物的總能量。

(2)請(qǐng)?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH3生成量的建議：升高溫度，增大反應(yīng)物N2的濃度，不斷移出生成物脫離反應(yīng)體系。

解釋：該反應(yīng)正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，從而增大NH3生成量，升高溫度也能提高反應(yīng)速率；增大反應(yīng)N2濃度，加快反應(yīng)速率，并使化學(xué)平衡向右移動(dòng)；不斷移出生成物脫離反應(yīng)體系，使平衡向右移動(dòng)，增大NH3生成量。 

(3) ①該條件下N2的平衡轉(zhuǎn)化率：66.7%

   ②該條件下反應(yīng)2NH3(g) ==== N2(g) +3H2(g)的平衡常數(shù)為0.005

解釋：由三行式法計(jì)算可知，起始時(shí)，c(N2)=0.3mol/l.平衡時(shí)，c(N2)=0.1mol/l; c(H2)=0.2mol/l; c(NH3)=0.4mol/l 。

①所以N2的平衡轉(zhuǎn)化率=(0.3-0.1)/0.3*100%=66.7%

②反應(yīng)2NH3(g) ==== N2(g) +3H2(g)的平衡常數(shù)K= c(N2)* c(H2)^3/ c(NH3)^2=0.005