Question

氮的固定有三种途径：生物固氮、自然固氮和工业固氮。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的TiO₂)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH₃。进一步研究NH₃生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、N₂压力1.0×10⁵ Pa、反应时间1 h)：

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/(10^－^6 mol)	4.8	5.9	6.0	2.0

相应的化学方程式：2N₂(g)＋6H₂O(l) 4NH₃(g)＋3O₂(g)ΔH＝a kJ·mol^－1

回答下列问题：

(1)此合成反应的a________0；ΔS________0，(填“＞”、“＜”或“＝”)

(2)已知：N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)　ΔH＝－92 .4 kJ·mol^－1

        2H₂(g)＋O₂(g) ===2H₂O(l)　   ΔH ＝－571.6 kJ·mol^－1

则2N₂(g)＋6H₂O(l)===4NH₃(g)＋3O₂ (g)　ΔH＝________kJ·mol^－1

(3)从323 K到353 K，氨气的生成量减少的可能原因_________________；

(4)工业合成氨的反应为N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)　ΔH＝－92 .4 kJ·mol^－1 ，分别研究在T₁、T₂和T₃(T₁<T₂<T₃)三种温度下合成氨气的规律。下图是上述三种温度下不同的H₂和N₂的起始组成比(起始时N₂的物质的量均为1 mol)与N₂平衡转化率的关系。请回答：

①在上述三种温度中，曲线X对应的温度是________。

②a、b、c三点H₂的转化率最小的是________点、转化率最大的是________点。

③在容积为1.0 L的密闭容器中充入0.30 mol N₂(g)和0.80 mol H₂(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH₃的物质的量分数(NH₃的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为4/7。该条件下反应2NH₃(g)  N₂(g)＋3H₂(g)的平衡常数为________ 。

Answer

⑴)＞ ＞

(2)＋1530 kJ·mol－1

(3)氨气在高温下被氧气氧化(或：在较高温度时催化剂活性降低，反应还没有达到平衡状态)

(4)①  T1 ②c b ③5.0×10－3

【解析】(1)对于反应2N2(g)＋6H2O(1)4NH3(g)＋3O2(g) ΔH＝a kJ·mol－1 ，温度越高，生成的氨气越多，则可逆反应为吸热反应，a为正值，该反应是气体体积增大的反应，故ΔS＞0 ，(2) 可以用盖斯定律计算(4)①在图中画一条与纵轴平行的线段交X、Y、Z。反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)为放热反应，温度越高，N2(g)的转化率越低，故曲线X对应的温度是T1

③ N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。

起始浓度(mol/L)    0.3   0.8           0

转化浓度(mol/L)     x   3x           2x

平衡浓度(mol/L) 0.3－x  0.8－3x       2x

2x/( 0.3－x＋0.8－3x＋2x) ＝4/7 x ＝ 0.2        

2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数