Question

【題目】氮的固定是幾百年來科學(xué)家一直研究的課題。

（1）下表列舉了不同溫度下大氣固氮和工業(yè)固氮的部分K值。

①分析數(shù)據(jù)可知：大氣固氮反應(yīng)屬于_________（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)。

②分析數(shù)據(jù)可知：人類不適合大規(guī)模模擬大氣固氮的原因_________。

③從平衡視角考慮，工業(yè)固氮應(yīng)該選擇常溫條件，但實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)卻選擇500℃左右的高溫，解釋其原因____________。

（2）工業(yè)固氮反應(yīng)中，在其他條件相同時(shí)，分別測(cè)定N2的平衡轉(zhuǎn)化率在不同壓強(qiáng)（p1、p2）下隨溫度變化的曲線，下圖所示的圖示中，正確的是_______（填“A”或“B”）；比較p1、p2的大小關(guān)系________，理由____________。

（3）20世紀(jì)末，科學(xué)家采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H+）為介質(zhì)，用吸附在它內(nèi)外表面上的金屬鈀多晶薄膜做電極，實(shí)現(xiàn)高溫常壓下的電化學(xué)合成氨，提高了反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，其實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)圖如C所示，陰極的電極反應(yīng)式是___________。

（4）近年，又有科學(xué)家提出在常溫、常壓、催化劑等條件下合成氨氣的新思路，反應(yīng)原理為：2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g），則其反應(yīng)熱△H=__________。（已知：N2（g）+3H2（g）2NH3（g） △H=-92.4kJ·mol-1，2H2（g）+O2（g）2H2O（l） △H=-571.6kJ·mol-1）

Answer 1

【答案】 吸熱 K值小，正向進(jìn)行的程度小（或轉(zhuǎn)化率低），不適合大規(guī)模生產(chǎn)（如果其他因素合理，不扣分，但給分點(diǎn)是畫點(diǎn)部分） 從反應(yīng)速率角度考慮，高溫更好，但從催化劑活性等綜合因素考慮選擇500℃左右合適（沒有答出催化劑活性的，不扣分） A p2>p1 其他條件相同時(shí)，反應(yīng)的正向是氣體計(jì)量數(shù)減少的，壓強(qiáng)大利于氨氣的生成，而p2的N2轉(zhuǎn)化率高 N2+6e-+6H+===2NH3 +1530 kJ·mol-1

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用和影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素，化學(xué)平衡圖像的分析，電解池中電極反應(yīng)式的書寫。

（1）①大氣固氮反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)增大，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，大氣固氮反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)。

②人類不適宜大規(guī)模模擬大氣固氮的原因是：大氣固氮的化學(xué)平衡常數(shù)小，反應(yīng)正向進(jìn)行的程度小，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率低。

③工業(yè)固氮升高溫度K值減小，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，工業(yè)固氮正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；使用常溫能提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，但反應(yīng)速率小。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中選擇500℃左右的高溫的原因是：從反應(yīng)速率角度考慮，高溫更好；500℃時(shí)催化劑的活性最高。

（2）工業(yè)固氮升高溫度K值減小，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，N2的轉(zhuǎn)化率減小，正確的圖示為A。在圖A的橫坐標(biāo)上任取一點(diǎn)作橫坐標(biāo)的垂直線與曲線相交，由圖可見，相同溫度下p2時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率大于p1時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率；工業(yè)固氮的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，N2的轉(zhuǎn)化率增大，則p2p1。

（3）合成氨的反應(yīng)為N2+3H22NH3，N2發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，H2發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，則陽極電極反應(yīng)式為H2-2e-=2H+，陰極電極反應(yīng)式為N2+6e-+6H+=2NH3。

（4）將反應(yīng)編號(hào)，N2（g）+3H2（g）2NH3（g） ΔH=-92.4kJ·mol-1（①式）

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l） ΔH=-571.6kJ·mol-1（②式）

應(yīng)用蓋斯定律，①式2-②式3得2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g）ΔH=（-92.4kJ/mol）2-（-571.6kJ/mol）3=+1530kJ/mol。