Question

科學(xué)家一直致力研究常溫、常壓下“人工圍氮”的新方法．曾有實(shí)驗(yàn)報(bào)道：在常溫、常壓、學(xué)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．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1.0×10⁵ Pa、反應(yīng)時(shí)間3 h)：

相應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

N₂(g)＋3H₂O(1)＝2NH₃(g)＋O₂(g)　ΔH＝＋765.2kJ·mol^－1

回答下列問(wèn)題：

(1)請(qǐng)畫出上述反應(yīng)在有催化劑與無(wú)催化劑兩種情況下反應(yīng)過(guò)程中體系能量變化示意圖，并進(jìn)行必要標(biāo)注．

(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：________．

(3)工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)．設(shè)在容積為2.0 L的密閉容器中充入0.60 mol　N₂(g)和1.60 mol　H₂(g)，反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡時(shí)，NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(NH₂的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總的物質(zhì)的量之比)為．計(jì)算

①該條件下N₂的平衡轉(zhuǎn)化率；

②該條件下反應(yīng)2NH₃(g)N₂(g)＋3H₂(g)的平衡常數(shù)．

Answer 1

答案：
解析：

　　(1)畫圖略，

　　要點(diǎn)：1．催化劑可降低反應(yīng)的活化能，但對(duì)這各反應(yīng)前后能量變化并不產(chǎn)生任何影響．

　　2．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以反應(yīng)物的總能量要低于生成物的總能量．

　　(2)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，增大反應(yīng)物N₂的濃度，不斷移出生成物脫離反應(yīng)體系．

　　解釋：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．

　　(3)①該條件下N₂的平衡轉(zhuǎn)化率：66.7％

　�、谠摋l件下反應(yīng)2NH₃(g)N₂(g)＋3H₂(g)的平衡常數(shù)為0.005

　　解釋：由三行式法計(jì)算可知，起始時(shí)，c(N₂)＝0.3 mol/l．平衡時(shí)，c(N₂)＝0.1 mol/l；c(H₂)＝0.2 mol/l；c(NH₃)＝0.4 mol/l．

　�、偎�以N₂的平衡轉(zhuǎn)化率＝(0.3－0.1)/0.3×100％＝66.7％

　�、诜磻�(yīng)2NH₃(g)N₂(g)＋3H₂(g)的平衡常數(shù)K＝c(N₂)×c(H2)×3/c(NH3)×2＝0.005