Question

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(chǎn)物為NH₃和另一種常見氣體．進一步研究NH₃生成量與溫度的關系（其它條件均相同），部分實驗數(shù)據(jù)見下表：

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

回答下列問題：
（1）寫出該反應的化學方程式

2N₂+6H₂O

催化劑  .

4NH_3⁺3O₂

（2）請在答題紙的坐標圖中畫出上述反應在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應過程中體系能量變化示意圖，并進行必要標注

．
（3）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：

升高溫度，增大反應物N₂的濃度

．
（4）已知：
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g）△H=-184.6kJ/mol

1

2

N₂（g）+2H₂（g）+

1

2

Cl₂（g）═NH₄Cl（s）△H=-313.6kJ/mol
①計算NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）的反應焓變：△H=

-175.1 kJ/mol

②室溫下NH₃就和HCl能發(fā)生化合反應生成NH₄Cl；而在加熱的條件下，NH₄Cl則能分解為NH₃和HCl．請用所學的化學原理解釋這一現(xiàn)象：

NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）是一個焓減、熵減的反應，在低溫下自發(fā)，在高溫（加熱條件）下不自發(fā)．而其逆反應NH₄Cl的分解則在高溫下自發(fā)

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)已知反應物和生成物分析出另一種產(chǎn)物，再利用氧化還原配平法配平；
（2）催化劑是通過降低反應的活化能來加快化學反應速率的；
（3）根據(jù)影響化學反應速率的因素和影響平衡的因素來回答；
（4）①根據(jù)蓋斯定律來計算；
②根據(jù)自發(fā)反應的判斷方法分析．

解答：解：（1）已知反應物是N₂和H₂O生成物有NH₃，N₂→NH₃用氮元素化合價降低，則氧元素化合價一定升高，所以另一種產(chǎn)物為氧氣，再根據(jù)氧化還原配平法配平方程式為：2N₂+6H₂O

催化劑  .

4NH_3⁺3O₂，故答案為：2N₂+6H₂O

催化劑  .

4NH_3⁺3O₂；
（2）催化劑是通過降低反應的活化能來加快化學反應速率的，所以圖象為：，故答案為：；

（4）可提高其反應速率且增大NH₃生成量，增大速率，且平衡正移，根據(jù)影響化學反應速率的因素和影響平衡的因素可知，升高溫度，增大反應物氮氣的濃度，能提高其反應速率且平衡正移，故答案為：升高溫度，增大反應物氮氣的濃度；
（5）①已知：
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g）△H=-184.6kJ/mol

1

2

N₂（g）+2H₂（g）+

1

2

Cl₂（g）═NH₄Cl（s）△H=-313.6kJ/mol；
把第一個和第二個方程除以2，反寫后相加，再與第三個方程相加，則△H=

1

2

×92.4kJ/mol+

1

2

×184.6kJ/mol+（-313.6kJ/mol）=-175.1 kJ/mol，
故答案為：-175.1 kJ/mol；
②根據(jù)反應能否自發(fā)進行的綜合判據(jù)：△G=△H-T△S判斷，NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）是一個焓減、熵減的反應，所以在低溫下能自發(fā)，在高溫（加熱條件）下不自發(fā)，而其逆反應NH₄Cl的分解則在高溫下自發(fā)，
故答案為：NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）是一個焓減、熵減的反應，在低溫下自發(fā)，在高溫（加熱條件）下不自發(fā)．而其逆反應NH₄Cl的分解則在高溫下自發(fā)．

點評：本題考查學生化學平衡和化學反應速率的有關知識，以及反應方向的判斷，綜合性較強，難度較大．