Question

【題目】合成氨對(duì)人類(lèi)生存具有重大意義，反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H

(1)科學(xué)家研究在催化劑表面合成氨的反應(yīng)機(jī)理，反應(yīng)步驟與能量的關(guān)系如圖所示(吸附在催化劑表面的微粒用*標(biāo)注，省略了反應(yīng)過(guò)程中部分微粒)。

① NH3的電子式是_______。

② 寫(xiě)出步驟c的化學(xué)方程式_______。

③ 由圖像可知合成氨反應(yīng)的H______0(填“＞”、“＜”或“＝”)。

(2)傳統(tǒng)合成氨工藝是將N2和H2在高溫、高壓條件下發(fā)生反應(yīng)。若向容積為1.0 L的反應(yīng)容器中投入5 mol N2、15 mol H2，在不同溫度下分別達(dá)平衡時(shí)，混合氣中NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化的曲線(xiàn)如圖所示：

① 溫度T1、T2、T3大小關(guān)系是_______。

② M點(diǎn)的平衡常數(shù) K = _______(可用分?jǐn)?shù)表示)。

(3)目前科學(xué)家利用生物燃料電池原理(電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子)，研究室溫下合成氨并取得初步成果，示意圖如下：

① 導(dǎo)線(xiàn)中電子移動(dòng)方向是_______。

② 固氮酶區(qū)域發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是_______。

③ 相比傳統(tǒng)工業(yè)合成氨，該方法的優(yōu)點(diǎn)有_______。

Answer 1

【答案】 *NNH + H2*N + NH3 ＜ T1＜ T2 ＜ T3 7.32×10-3 a → b N2 + 6H+ + 6 MV+ = 2NH3 + 6 MV2+ 條件溫和、生成氨的同時(shí)釋放電能

【解析】

（1）①根據(jù)氨氣的中心原子N，最外層有5個(gè)電子，與三個(gè)氫原子形成三對(duì)共用電子對(duì)，還剩一對(duì)孤對(duì)電子，得到電子式；

②根據(jù)圖像，寫(xiě)出化學(xué)方程式；

③能量值是降低的，故反應(yīng)放熱，可以判斷H的大��；

(2)合成氨的反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡向吸熱的方向移動(dòng)，根據(jù)圖像，在相同的壓強(qiáng)下，溫度越高，氨氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小，可以得到T1、T2、T3大小關(guān)系；根據(jù)M點(diǎn)氨氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，利用三段式求出M點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)；

(3)生物燃料電池的工作原理是N2+3H22NH3，其中N2在正極區(qū)得電子發(fā)生還原反應(yīng)，H2在負(fù)極區(qū)失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，原電池工作時(shí)陽(yáng)離子向正極區(qū)移動(dòng)，據(jù)此分析判斷。

（1）①根據(jù)氨氣的中心原子N，最外層有5個(gè)電子，與三個(gè)氫原子形成三對(duì)共用電子對(duì)，還剩一對(duì)孤對(duì)電子，得到電子式，

故答案為：；

②根據(jù)圖像，化學(xué)方程式：*NNH + H2*N + NH3，

故答案為：*NNH + H2*N + NH3；

③能量值是降低的，故反應(yīng)放熱，可以判斷H<0，

故答案為：＜；

(2) ①合成氨的反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡向吸熱的方向移動(dòng)，根據(jù)圖像，在相同的壓強(qiáng)下，溫度越高，氨氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小，故溫度T1＜ T2 ＜ T3，

故答案為：T1＜ T2 ＜ T3；

②設(shè)變化的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量濃度為x

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

開(kāi)始 5 15 0

變化 x 3x 2x

平衡 5-x 15-3x 2x

M點(diǎn)氨氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，

則×100%=40%，解得x =2，

故K===7.32×10-3，

故答案為：7.32×10-3；

(3) ①根據(jù)圖示，a極區(qū)，氫氣被氧化為氫離子，故MV+→MV2+被氧化，因此a為負(fù)極，b為正極，導(dǎo)線(xiàn)中電子移動(dòng)方向是a → b，

故答案為：a → b；

② 根據(jù)圖示，固氮酶區(qū)域發(fā)生反應(yīng)為氮?dú)夂?/span>MV+反應(yīng)生成氨氣和MV2+，根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律，該離子方程式N2+6H++6MV+=2NH3+6MV2+，

故答案為：N2+6H++6MV+=2NH3+6MV2+；

③傳統(tǒng)工業(yè)合成氨反應(yīng)條件為高溫、高壓、催化劑，反應(yīng)條件苛刻，該方法制取氨氣條件溫和、生成氨的同時(shí)釋放電能，

故答案為：條件溫和、生成氨的同時(shí)釋放電能。