Question

16．人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的過程．據(jù)報道，常溫、常壓、光照條件下，N₂在摻有少量Fe₂O₃的TiO₂催化劑表面能與水發(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH₃．相應(yīng)的熱化學方程式為：
N₂（g）+3H₂O（l）═2NH₃（g）+3/2O₂（g）△H=+765.0kJ•mol^?1
回答下列問題：
（1）請在圖一所示的坐標中，畫出上述反應(yīng)在有催化劑和無催化劑兩種情況下的反應(yīng)體系能量變化示意圖，并進行標注（標注出“反應(yīng)物”、“生成物”、“有催化劑”、“無催化劑”）．
（2）目前工業(yè)合成氨的原理是：
N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高溫、高壓}$2NH₃（g）△H=-192.0kJ•mol^?1
①反應(yīng)2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）的△H=-319.0 kJ•mol^?1．
②某條件下，在容積為2.0L的密閉容器中充入0.6mol N₂（g）和1.6mol H₂（g），經(jīng)過2min反應(yīng)達到平衡，此時NH₃的物質(zhì)的量分數(shù)為4/7．則反應(yīng)在2min內(nèi)N₂的平均反應(yīng)速率為0.1mol•L^-1•min^-1，該條件下H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為75%，平衡常數(shù)K=200．
③670K、30Mpa下，n（N₂）和n（H₂）隨時間變化的關(guān)系如圖二所示，下列敘述正確的是AD．
A．a(chǎn)點的正反應(yīng)速率比b點大
B．c點處反應(yīng)達到平衡
C．d點（t₁時刻）和e點（t₂時刻）處n（N₂）不一樣
D．其它條件不變，773K下反應(yīng)至t₁時刻，n（H₂）比圖二中d點的值大
（3）將反應(yīng)得到的氨氣液化為液氨，已知液氨中存在著下列平衡：2NH_3?NH₄⁺+NH₂^-．科學家在液氨中加入氫氧化銫（CsOH）和特殊的吸水劑，使液氨中的NH₄⁺生成N₄分子，請寫出液氨與CsOH反應(yīng)的化學方程式8NH₃+4CsOH=N₄+4CsNH₂+6H₂↑+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）催化劑通過改變反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，不影響化學平衡移動的方向；
（2）①已知①N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+765.0kJ/mol．
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-192.0kJ/mol，利用蓋斯定律將$\frac{（②-①）×2}{3}$計算焓變；
②令參加反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量為amol，利用三段式表示出各物質(zhì)的變化量、平衡時物質(zhì)的量，利用壓強之比等于物質(zhì)的量之比列方程計算a，依據(jù)反應(yīng)速率概念就是V=$\frac{△c}{△t}$，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積計算得到；
③根據(jù)圖象中圖象的變化來判斷個選項；
（3）根據(jù)液氨的電離產(chǎn)物和題目給出的反應(yīng)物來推斷反應(yīng)方程式．

解答 解：（1）加入催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，從而能夠降低反應(yīng)的能量，同時又能加快反應(yīng)速率，達到化學平衡的所需時間減小，但是不影響反應(yīng)中的熱效應(yīng)，有催化劑和無催化劑兩種情況下的反應(yīng)體系能量變化示意圖為，故答案為：；
（2）①已知①N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+765.0kJ/mol．
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-192.0kJ/mol，利用蓋斯定律將$\frac{（②-①）×2}{3}$得2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）的△H=$\frac{（-192-765）×2}{3}$=-319.0kJ•mol^?1，
故答案為：-319.0；
②令參加反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量為amol，則：
           N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
開始（mol）：0.6     1.6         0
轉(zhuǎn)化（mol）：a       3a          2a
平衡（mol）：0.6-a   1.6-3a      2a
故$\frac{2a}{0.6+1.6-2a}$=$\frac{4}{7}$，解得a=0.4
氮氣的反應(yīng)速率=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{2min}$=0.1 mol•L^-1•min^-1；
氫氣的轉(zhuǎn)化率=$\frac{3×0.4}{1.6}$×100%=75%；
平衡常數(shù)K=$\frac{（\frac{0.8}{2}）{\;}^{2}}{\frac{0.2}{2}×（\frac{0.4}{2}）{\;}^{3}}$=200，
故答案為：0.1 mol•L^-1•min^-1； 75%；200；
③A．a(chǎn)、b、c三點均向正反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故A正確；
B．當兩種物質(zhì)的物質(zhì)的量不變時，達到化學平衡狀態(tài)，所以，c點未達平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．d、e均達到化學平衡狀態(tài)，故各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，故C錯誤；
D．△H＜0，反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，故773K時，n（H₂）大于圖中d點，故D正確；
故答案為：AD；
（3）因為Cs⁺是陽離子，必須要找陰離子配對，陰離子題目提示了，2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-，所以為：C_SNH₂．產(chǎn)物還有N₄、H₂O（因為用到了吸水劑），看元素組成，右邊H比較少，一般就是想到H₂，反應(yīng)為8NH₃+4CsOH=N₄+4CsNH₂+6H₂↑+4H₂O，故答案為：8NH₃+4CsOH=N₄+4CsNH₂+6H₂↑+4H₂O．

點評 本題考查較綜合，涉及知識點較多，涉及通過圖象分析化學反應(yīng)速率、化學平衡及計算、平衡常數(shù)的計算應(yīng)用以及熱化學方程式和蓋斯定律計算等問題，主要是圖象分析判斷，平衡移動原理的理解應(yīng)用，為高頻考點，側(cè)重于學生的分析能力和計算能力的考查，需要學生較強的觀察能力及思維能力，難度中等．