Question

【題目】科學家一直致力于“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 該反應的能量變化如圖所示。

①在反應體系中加入催化劑，反應速率增大，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：

5分鐘后達到平衡，測得N2為0.2 mol，H2為0.6 mol，NH3為0.2 mol。氮氣的平均反應速率v(N2)＝_______________，H2的轉(zhuǎn)化率為_______________，該反應在此溫度下的化學平衡常數(shù)為_______________。（后兩空保留小數(shù)點后一位）

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的兩位科學家采用高質(zhì)子導電性的SCY陶瓷（能傳導H+），從而實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)化率的電解法合成氨。其實驗裝置如圖所示。陰極的電極反應式為_____________________。

（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和TiO2）表面與水發(fā)生下列反應：

2N2(g) +6H2O(l) 4NH3(g) +3O2(g) △H = a kJ/mol

進一步研究NH3生成量與溫度關(guān)系，常壓下達到平衡時測得部分實驗數(shù)據(jù)如下：

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

此合成反應的a_________0。（填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer 1

【答案】減小0.01mol·L－1·min－133.3%3.7 L2/mol2A DN2 + 6H+ + 6e－ = 2NH3大于

【解析】

試題分析：（1）①加入催化劑，降低反應的活化能；

②根據(jù)三段式計算；

③根據(jù)外界條件對平衡狀態(tài)的影響分析；

（2）陰極氮氣發(fā)生得到電子的還原反應；

（3）根據(jù)溫度與生成物的量之間的關(guān)系判斷。

解析：（1）①加入催化劑，降低反應的活化能，則E1和E2都減小；

②

起始濃度（mol/L） 0.15 0.45 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.05 0.15 0.1

平衡濃度（mol/L） 0.1 0.3 0.1

所以氮氣的平均反應速率v(N2)＝0.05mol/L÷5min＝0.01mol/(L·min)；H2的轉(zhuǎn)化率為；該反應在此溫度下的化學平衡常數(shù)為；

③A．向容器中按原比例再充入原料氣相當于增大壓強，平衡向正反應方向進行，轉(zhuǎn)化率提高，A正確；B．向容器中再充入惰性氣體濃度不變，平衡不移動，轉(zhuǎn)化率不變，B錯誤；C．改變反應的催化劑不能改變平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)化率不變，C錯誤；D．液化生成物分離出氨，降低生成物濃度，平衡向正反應方向進行，轉(zhuǎn)化率提高，D正確；答案選AD。

（2）電解池的陰極得到電子，則氮氣在陰極得到電子，發(fā)生還原反應轉(zhuǎn)化為氨氣，電極反應式為N2 + 6H+ + 6e－＝2NH3。

（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知升高溫度氨氣含量增加，說明升高溫度平衡向正反應方向進行，正反應是吸熱反應，則a＞0。