Question

（14分）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+）實驗氮的固定一電解法合成氨，大大提高了氮氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率。

總反應(yīng)式為：N2+3H2 2NH3

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”） ；

向另一電極通入N2，該電極的反應(yīng)式為__________________________。

II．據(jù)報道，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)+6 H2O (g)4NH3(g)+3O2(g) △H＝Q ①

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

（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)相同時間后，測得氮氣的體積分數(shù)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如下圖所示，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_______（填字母代號），圖中△H絕對值為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 ②

回答下列問題：

（1）結(jié)合II中的數(shù)據(jù)，則2H2(g)+ O2(g)=2 H2O (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)，達到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質(zhì)的量為2.8mol。

①達平衡時，H2的轉(zhuǎn)化率______________。

②在相同條件下，若起始時只將NH3置于該容器中，達到平衡狀態(tài)時NH3的轉(zhuǎn)化率

為時，則起始時NH3的物質(zhì)的量_________mol。

 

Answer 1

（14分）Ⅰ. 陽（2分） N2＋6H＋＋6e－===2NH3 （2分）

Ⅱ.（1）K＝c(NH3)4·c(O2)3/c(N2)2·c(H2O)6（2分）

（2）＞（1分） （3）d（1分）

Ⅲ. （1）－572.0 kJ·mol－1（2分，單位不寫不給分）

（2）①60%（2分） ②2（2分）

【解析】

試題分析：I. 在電解法合成氨的過程中，氫氣發(fā)生氧化反應(yīng)，所以通入電解池的陽極，另一極通入氮氣，則氮氣發(fā)生還原反應(yīng)，與陽極產(chǎn)生的氫離子結(jié)合 氨氣，電極反應(yīng)式為N2＋6H＋＋6e－===2NH3；

II.（1）根據(jù)平衡常數(shù)的表達式可知該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= c(NH3)4·c(O2)3/c(N2)2·c(H2O)6；

（2）圖像的最高點表示反應(yīng)達到平衡時氮氣得體積分數(shù)，隨溫度升高，氮氣得體積分數(shù)減小，說明升高溫度平衡正向移動，所以正向是吸熱反應(yīng)，所以Q>0；

（3）2N2(g)+6 H2O (g)4NH3(g)+3O2(g) △H＝Q是吸熱反應(yīng)，則反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量，且使用催化劑，可以降低反應(yīng)的活化能，而反應(yīng)熱不變，所以應(yīng)選擇d曲線；

III.（1）由II知Q=+1530kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律得所求方程式2H2(g)+ O2(g)=2 H2O (g)的△H=（②×2-①）/3=[(-93.0)×2-1530]kJ/mol/3=-572.0kJ/mol；

（2）①設(shè)反應(yīng)達平衡時消耗氮氣得物質(zhì)的量是xmol，則

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

開始時（mol） 1 3

轉(zhuǎn)化的（mol） x 3x 2x

平衡時（mol） 1-x 3-3x 2x

根據(jù)題意有1-x+3-3x+2x=2.8,所以x=0.6mol，則氫氣的轉(zhuǎn)化率3x/3×100%=60%;

②當(dāng)α1+α2=1時說明只將NH3置于該容器中，達到平衡狀態(tài)與原平衡是等效平衡，則將氮氣、氫氣全部轉(zhuǎn)化為氨氣的物質(zhì)的量即可達到等效平衡，所以1mol氮氣、3mol氫氣完全轉(zhuǎn)化為氨氣的物質(zhì)的量是2mol.

考點：考查電化學(xué)原理的應(yīng)用，化學(xué)平衡理論的應(yīng)用，平衡常數(shù)的表示，反應(yīng)熱效應(yīng)的判斷，蓋斯定律的應(yīng)用，等效平衡的判斷，轉(zhuǎn)化率的計算