Question

(7分) 科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究。

⑴目前合成氨的技术原理为：

该反应的能量变化如图所示。

①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E₂的变化是：      。（填“增大”、“减小”或“不变”）。

②将一定量的N₂(g)和H₂(g)放入1L的密闭容器中，在500℃、2×10⁷Pa下达到平衡，测得N₂为0.1 mol，H₂为0.3 mol，NH₃为0.1 mol。该条件下H₂的转化率为      。

③欲提高②容器中H₂的转化率，下列措施可行的是      。

A．向容器中按原比例再充入原料气    B．向容器中再充入惰性气体

C．改变反应的催化剂                D．液化生成物分离出氨

⑵1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传导H⁺），从而实现了高转化率的电解法合成氨。其实验装置如图所示。阴极的电极反应式为       。

⑶根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常 压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃和TiO₂）表面与水发生下列反应：

进一步研究NH₃生成量与温度关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下：

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

①合成反应的a_     0。（填“大于”、“小于”或“等于”）

②已知

则

Answer

（7分) ⑴  ①减小  ② 33.3%   ③ A D（2分）

⑵  N2 + 6H+ + 6e- = 2NH3      ⑶  ①大于      ②+1530.0

【解析】（1）①催化剂能降低反应的活化能，所以E2减小。

②NH3为0.1 mol，则消耗氮气是0.05mol，所以氮气的转化率是。

③向容器中按原比例再充入原料气，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，所以转化率增大，A正确。B中，物质的浓度不变，平衡不移动。C中催化剂不能影响平衡状态，D中是降低生成物浓度，平衡向正反应方向移动，所以答案选AD.

(2)阴极得到电子，所以氮气在阴极通入，方程式为N2 + 6H+ + 6e- = 2NH3。

（3）①根据表中数据可知，随着温度的升高，氨气的含量逐渐增大，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即正反应是吸热反应。

②考查盖斯定律的应用。根据已知反应可知，①×2－②×3即得到

，所以反应热是－92.4 kJ/mol×2＋571.6 kJ/mol×3＝+1530.0  kJ/mol。