Question

科學(xué)家一直致力研究常溫、常壓下“人工圍氮”的新方法．曾有實驗報道：在常溫、常壓、學(xué)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(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH₃．進一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表（光照、N₂壓力1.0×10⁵Pa、反應(yīng)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(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：N₂（g）+3H₂O（1）=2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=+765.2kJ?mol^-1
回答下列問題：
（1）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(yīng)速率慢．請?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH₃生成量的建議：

升高溫度，增大反應(yīng)物N₂的濃度，不斷移出生成物脫離反應(yīng)體系

．
（2）工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．設(shè)在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60mol N₂（g）和1.60mol H₂（g）．反應(yīng)在一定條件下達到平衡時，NH₃的物質(zhì)的量分數(shù)（NH₂的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總的物質(zhì)的量之比）為

4

7

．計算
①該條件下N₂的平衡轉(zhuǎn)化率；
②該條件下反應(yīng)2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)．

Answer 1

分析：（1）平衡向正反應(yīng)移動可增大氨氣的產(chǎn)生量；升高溫度，增大反應(yīng)物濃度等可以增大反應(yīng)速率；
（2）令參加反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量為nmol，根據(jù)三段式用n表示出各組分的物質(zhì)的量的變化量、平衡時各組分的物質(zhì)的量．在根據(jù)NH₃的物質(zhì)的量分數(shù)，列方程計算n的值；
①根據(jù)轉(zhuǎn)化率的定義計算該條件下N₂的平衡轉(zhuǎn)化率；
②平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值，平衡常數(shù)k=

c3(H2)?c(N2)

c2(NH3)

．相同溫度下，同一可逆反應(yīng)的正逆平衡常數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系．

解答：解：（1）該反應(yīng)正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，從而增大NH₃生成量，升高溫度也能提高反應(yīng)速率；增大反應(yīng)N₂濃度，加快反應(yīng)速率，并使化學(xué)平衡向右移動；不斷移出生成物脫離反應(yīng)體系，使平衡向右移動，增大NH₃生成量，
故答案為：升高溫度，增大反應(yīng)物N₂的濃度，不斷移出生成物脫離反應(yīng)體系；
（2）對于反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）
開始（mol）：0.6     1.6               0
變化（mol）：n       3n                2n
平衡（mol）：0.6-n   1.6-3n            2n
所以

2nmol

(o.6-n)mol+(1.6-3n)mol+2nmol

=

4

7

，解得n=0.4，
①由三段式解題法計算可知，平衡時參加反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量為0.4mol，
起始時，氮氣的物質(zhì)的量為0.6mol，
所以該條件下N2的平衡轉(zhuǎn)化率為

0.4mol

0.6mol

×100%=66.7%，
答：該條件下N2的平衡轉(zhuǎn)化率：66.7%；
②由三段式解題法計算可知，平衡時，c（N₂）=

(0.6-0.4)mol

2L

=0.1mol/l；c（H₂）=

(1.6-3×0.4)mol

2L

=0.2mol/l； c（NH₃）=

2×0.4mol

2L

=0.4mol/l．
所以該條件下反應(yīng)2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)k=

c3(H2)?c(N2)

c2(NH3)

=

0.23×0.1

0.42

=0.005，
答：該條件下反應(yīng)2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)為0.005．

點評：本題考查平衡移動與計算、平衡常數(shù)等，難度不大，注意三段式解題法的利用．