Question

【題目】氨氣在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防科技中有著重要應用，科研工作者對其進行著廣泛研究。請回答:

(1)某課題組實現(xiàn)了在常溫常壓下，以氮氣和液態(tài)水為原料制備氨氣，同時有氧氣生成。

已知，在一定溫度和壓強下，由最穩(wěn)定的單質生成1mol純物質的熱效應，稱為該物質的生成熱(△H)。常溫常壓下、相關物質的生成熱如下表所示：

物質	NH3(g)	H2O(l)
△H /kJ·mol-1	-46	-242

上述合成氨反應的熱化學方程式為______________________________________。

(2)利用生物電池，以H2、N2為原料合成氨的裝置如下圖所示。

Q、R均為能化劑，據(jù)圖示判斷，負極反應的催化劑為______(填“Q”或“R”)；正極的電極反應式為_________________________________________。

(3)氨氣是工業(yè)制硝酸的主要原料之一，催化氧化步驟中發(fā)生的主要反應如下：

I. 4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）△H=-906kJ/mol

II.4NH3（g）+3O2（g）2N2（g）+6H2O（g）△H=-1266kJ/mol

將固定比例NH3和O2 的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器，反應產(chǎn)率與溫度的關系如圖1所示。

①催化氧化步驟中，最適宜的溫度為_________________(填“T1”或“T2”)。

②低于T1℃時，NO的產(chǎn)率較低的原因為_____________________________________。

③高于T2℃時，NO的產(chǎn)率降低的可能原因為______________(填選項字母)

A.催化劑活性降低 B.平衡常數(shù)減小

C.反應活化能增大 D.氨氣溶于水

④T2℃(T1>T2)時，向20L恒容密閉容器中充人2molNH3和2.75molO2，發(fā)生反應

I.反應過程中各物質的物質的量的隨時間(t)變化關系如圖2所示。

T2℃時，該反應的平衡常數(shù)K=________________；5min時，改變了某一外界條件，所改變的條件可能為_________________________________________。

Answer 1

【答案】 2N2(g)＋6H2O(l)3O2(g)＋4NH3(g) ΔH＝＋1268 kJ·mol－1 Q N2＋6H＋＋6e－＝2NH3 T2 溫度較低時，反應速率慢，同時部分反應物生成N2 AB 0.075 升高溫度或縮小容器容積

【解析】（1）考查熱化學反應方程式的書寫，N2與H2O之間的反應是2N2＋6H2O=3O2=4NH3，N2(g)＋3H2(g)=2NH3(g)，此時熱效應是(－46×2)kJ·mol－1，2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)，此時的熱效應是(－242×6)kJ·mol－1，兩式變形得到此方法合成氨的熱化學反應方程式為2N2(g)＋6H2O(l)3O2(g)＋4NH3(g) △H=[－46×4－(－242×6)]kJ·mol－1=＋1268kJ·mol－1，即為2N2(g)＋6H2O(l)3O2(g)＋4NH3(g) ΔH＝＋1268 kJ·mol－1；（2）考查原電池工作原理和電極反應式的書寫，根據(jù)原電池工作原理，負極上失去電子，化合價升高，因此通氫氣一極為負極，根據(jù)裝置圖，Q為催化劑；通氮氣一極為正極，根據(jù)工作原理，正極反應式為N2＋6H＋＋6e－＝2NH3；（3）考查化學反應條件的控制、化學平衡常數(shù)的計算、勒夏特列原理，①制取硝酸，NH3與氧氣反應生成NO，NO與O2反應生成NO2，NO2與水反應生成HNO3，T2時NO的產(chǎn)率最高，因此最適宜的溫度是T2；②低于T1℃時，反應速率慢，同時部分反應物轉化成N2，造成NO的產(chǎn)率降低；③A、催化劑活性受溫度影響，在一定溫度時，催化劑催化效率最高，超過此溫度，降低催化劑的催化效率，故A正確；B、根據(jù)反應方程式，生成NO的反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)減小，故B正確；C、活化能的大小不影響平衡的移動，故C錯誤；D、 這里的水為氣態(tài)水，故D錯誤；④根據(jù)圖2，4min時達到平衡，c(NH3)=c(NO)=1/20mol·L－1，c(O2)=c(H2O)=1.5/20mol·L－1，根據(jù)化學平衡常數(shù)的表達式，K==0.075；根據(jù)NH3和O2的物質的量減小，NO和H2O的物質的量增大，說明改變的這一因素，平衡向逆反應方向移動，即升高溫度或縮小容器的容積。