Question

科學(xué)家一直致力研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法．曾有實(shí)驗(yàn)報(bào)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(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH₃，反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+O₂（g）．回答下列問(wèn)題：
（1）進(jìn)一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表（光照、N₂壓力1.0×10⁵Pa、反應(yīng)時(shí)間3h），則該反應(yīng)的正反應(yīng)為

吸熱

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）

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

（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(yīng)速率慢．請(qǐng)?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N₂的濃度

．
（3）合成氨工業(yè)中原料氣N₂可從空氣中分離得到，H₂可用甲烷在高溫下與水蒸氣反應(yīng)制得．甲烷在高溫下與水蒸氣反應(yīng)反應(yīng)方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）．部分物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下：
H₂（g）：△H=-285.8kJ?mol^-1；
CO（g）：△H=-283.0kJ?mol^-1；
CH₄（g）：△H=-890.3kJ?mol^-1．
已知1mol H₂O（g）轉(zhuǎn)變?yōu)?mol H₂O（l）時(shí)放出44.0kJ熱量．寫出CH₄和H₂O在高溫下反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1 kJ?mol^-1

．
（4）有人設(shè)想尋求適合的催化劑和電極材料，以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl--NH₄Cl為電解質(zhì)溶液制成新型燃料電池，請(qǐng)寫出該電極的正極反應(yīng)式

N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺

．
（5）生成的NH₃可用于制銨態(tài)氮肥，如（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl，這些肥料顯

酸

性，原因是（用離子方程式表示）

NH₄⁺+H₂ONH₃H₂O+H⁺

，使用時(shí)避免與

堿性

物質(zhì)合施．

Answer 1

分析：（1）溫度升高，NH₃生成量增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（2）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率以及平衡移動(dòng)的因素分析；
（3）利用蓋斯定力計(jì)算反應(yīng)熱；
（4）以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl--NH₄Cl為電解質(zhì)溶液制成新型燃料電池，正極發(fā)生還原反應(yīng)，N₂得電子生成NH₄⁺；
（5）（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl等為強(qiáng)酸弱堿鹽，水解呈酸性．

解答：解：（1）溫度升高，NH₃生成量增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故答案為：吸熱；
（2）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(dòng)，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(dòng)；不斷移出生成物脫離反應(yīng)體系，使平衡向右移動(dòng)，增大NH₃生成量，
故答案為：升高溫度、增大N₂的濃度；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知：①H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1，
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0 kJ?mol^-1，
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3 kJ?mol^-1，
④H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1，
利用蓋斯定律，將③+④-①×3-②可得：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1 kJ?mol^-1；
（4）原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，N₂得電子生成NH₄⁺，電極反應(yīng)式為N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺，故答案為：N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；
（5）（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl等為強(qiáng)酸弱堿鹽，水解呈酸性，在溶液中發(fā)生：NH₄⁺+H₂ONH₃H₂O+H⁺，在使用時(shí)要避免與堿性物質(zhì)混合使用，防止降低肥效，
故答案為：酸；NH₄⁺+H₂ONH₃H₂O+H⁺；堿性．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡，化學(xué)反應(yīng)與能量以及電化學(xué)知識(shí)，題目難度較大，本題注意電極反應(yīng)式的書寫，注意利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱的方法．