Question

（8分）科學家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實驗報道：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，生成的主要產物為NH₃。進一步研究NH₃生成量與溫度的關系，部分實驗數據見下表（光照、N₂壓力1.0×10⁵Pa、反應時間3h）：

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

相應的熱化學方程式如下：

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

回答下列問題：

（1）右圖是上述反應在無催化劑情況下反應過程中體系能量變化示意圖，請在圖中畫出在有催化劑情況下反應過程中體系能量變化示意圖。

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

（3）工業(yè)合成氨的反應為N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）。設在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60molN₂（g）和1.60molH₂（g），反應在一定條件下達到平衡時，NH₃的物質的量分數（NH₂的物質的量與反應體系中總的物質的量之比）為。計算

①該條件下N₂的平衡轉化率是                     ；

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

③若溫度不變，減小容器體積，則平衡向_{---------------------------}移動，c(NH₃)將_{--------------------}

c(N₂)將_{----------------------} （填增大、減小或不變）                 

 

Answer 1

【答案】

（1）畫圖略。（2分）

（2）升高溫度，增大反應物N₂的濃度，不斷移出生成物(2分)

（3）66.7%（2分）?0.005（2分）

【解析】（1）作圖要點：①催化劑可降低反應的活化能，但這對各反應前后能量變化并不產生任何影響。

②該反應為吸熱反應，所以反應物的總能量要低于生成物的總能量。

（2）該反應的正反應是吸熱反應，升高溫度，使化學平衡向正反應方向移動，從而增大NH₃的生成量，升高溫度也能提高反應速率；增大反應物N₂的濃度，加快反應速率，并使化學平衡向右移動；不斷移出生成物，使平衡向右移動，增大NH₃的生成量。

（3）由三行式法計算可知，起始時，c（N₂）=0.3mol·L^-1。平衡時，c（N₂）=0.1 mol·L^-1;?c（H₂）=0.2  mol·L^-1;c（NH₃）=0.4  mol·L^-1。

①所以N₂的平衡轉化率。

①  反應2NH₃（g）====N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數。