Question

科學家一直致力于“人工固氮”的新方法研究．

（1）目前合成氨技術(shù)原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ?mol^-1．
①673K，30MPa下，上述合成氨反應(yīng)中n（NH₃）和n（H₂）隨時間變化的關(guān)系如右圖所示．下列敘述正確的是

 

．
A．點a的正反應(yīng)速率比點b的大
B．點c處反應(yīng)達到平衡
C．點d和點 e處的n（N₂）相同
D．773K，30MPa下，反應(yīng)至t₂時刻達到平衡，則n（NH₃）比圖中e點的值大
（2）1998年希臘亞里斯多德大學的兩位科學家采用高質(zhì)子導電性的 SCY陶瓷（能傳遞H⁺），實現(xiàn)了高溫常壓下高轉(zhuǎn)化率的電解合成氨．其實驗裝置如圖，陰極的電極反應(yīng)式

 

．
（3）根據(jù)最新“人工固氮”的研究報道，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)生下列反應(yīng)：N₂（g）+3H₂O（1）?2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=a kJ?mol^-1
進一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，常壓下達到平衡時測得部分實驗數(shù)據(jù)如下表：

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

①此合成反應(yīng)的a

 

0；△S

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）；該反應(yīng)屬于

 

A．一定自發(fā)   B．一定不自發(fā)   C．高溫自發(fā)    D．低溫自發(fā)
②已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）=-571.6kJ?mol^-1則N₂（g）+3H₂O（1）=2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=

 

kJ?mol^-1．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學方程式,焓變和熵變,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）A．濃度越大反應(yīng)速率越快；
B．a(chǎn)、b、c之后氫氣的物質(zhì)的量繼續(xù)變化，未達到平衡，反應(yīng)向正反進行；
C．d、e對應(yīng)氫氣、氨氣的物質(zhì)的量不變，處于平衡狀態(tài)；
D．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)移動；
（2）電解池的陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，在合成氨中，氮氣得電子，酸性條件下生成氨氣；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，NH₃生成量增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，結(jié)合反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的聚集狀態(tài)解答；
②利用蓋斯定律計算．

解答： 解：（1）A．a(chǎn)點反應(yīng)物的濃度大于b點，濃度越大反應(yīng)速率越快，故a點反應(yīng)速率更大，故A正確；
B．點c之后氫氣的物質(zhì)的量繼續(xù)減小，未達到平衡，反應(yīng)向正反進行，故B錯誤；
C．d、e對應(yīng)氫氣、氨氣的物質(zhì)的量不變，處于平衡狀態(tài)，點d和點e處的n （N₂）相同，故C正確；
D．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)移動，氨氣的物質(zhì)的量減小，故D錯誤；
故選AC；
（2）電解池的陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，在合成氨中，氮氣得電子，所以陰極反應(yīng)為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，NH₃生成量增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)應(yīng)為吸熱反應(yīng)，a＞0，由方程式可知反應(yīng)生成氣體的物質(zhì)的量增多，則△S＞0，所以該反應(yīng)在高溫下才能自發(fā)進行，選C，故答案為：＞；＞；C；
②已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
則利用蓋斯定律，將①×2-②×3可得，常溫下氮氣與水反應(yīng)生成氨氣與氧氣的熱化學方程式為2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g），△H=2×（-92.4kJ?mol^-1）-3×（-571.6kJ?mol^-1）=+1536kJ?mol^-1，所以反應(yīng)N₂（g）+3H₂O（1）=2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）中△H=+768kJ?mol^-1
故答案為：+768．

點評：本題主要考查了平衡的判斷、電極反應(yīng)、反應(yīng)進行的方向、熱化學方程式的書寫等知識點，中等難度．