Question

（14分）人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程。

I．最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）实验氮的固定一电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率。

总反应式为：N₂+3H₂ 2NH₃

则在电解法合成氨的过程中，应将H₂不断地通入_________极（填“阴”或“阳”） ；

向另一电极通入N₂，该电极的反应式为__________________________。

II．据报道，在一定条件下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH₃相应的反应方程式为：2N₂(g)+6 H₂O (g)4NH₃(g)+3O₂(g) △H＝Q     ①

（1）上述反应的平衡常数表达式为_______________。

（2）取五份等体积N₂和H₂O的混合气体（物质的量之比均为1：3）， 分别加 入体积相同的恒容密闭容器中，在温度不相同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氮气的体积分数与反应温度T的关系曲线如下图所示，则上述反应的Q________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

（3）若上述反应在有催化剂的情况下发生，则下图所示的a、b、c、d四条曲线中，能表示反应体系能量变化的是_______（填字母代号），图中△H绝对值为1530kJ·mol^-1。

III．目前工业合成氨的原理是： N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H＝-93.0kJ/mol   ②

回答下列问题：

（1）结合II中的数据，则2H₂(g)+ O₂(g)=2 H₂O (g)的△H＝___________。

（2）在一定温度下，将1molN₂和3mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8mol。

①达平衡时，H₂的转化率______________。

②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率

为时，则起始时NH₃的物质的量_________mol。

Answer

（14分）Ⅰ. 阳（2分） N2＋6H＋＋6e－===2NH3 （2分）

Ⅱ.（1）K＝c(NH3)4·c(O2)3/c(N2)2·c(H2O)6（2分）

（2）＞（1分） （3）d（1分）

Ⅲ. （1）－572.0 kJ·mol－1（2分，单位不写不给分）

（2）①60%（2分） ②2（2分）

【解析】

试题分析：I. 在电解法合成氨的过程中，氢气发生氧化反应，所以通入电解池的阳极，另一极通入氮气，则氮气发生还原反应，与阳极产生的氢离子结合 氨气，电极反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3；

II.（1）根据平衡常数的表达式可知该反应的平衡常数K= c(NH3)4·c(O2)3/c(N2)2·c(H2O)6；

（2）图像的最高点表示反应达到平衡时氮气得体积分数，随温度升高，氮气得体积分数减小，说明升高温度平衡正向移动，所以正向是吸热反应，所以Q>0；

（3）2N2(g)+6 H2O (g)4NH3(g)+3O2(g) △H＝Q是吸热反应，则反应物的总能量低于生成物的总能量，且使用催化剂，可以降低反应的活化能，而反应热不变，所以应选择d曲线；

III.（1）由II知Q=+1530kJ/mol，根据盖斯定律得所求方程式2H2(g)+ O2(g)=2 H2O (g)的△H=（②×2-①）/3=[(-93.0)×2-1530]kJ/mol/3=-572.0kJ/mol；

（2）①设反应达平衡时消耗氮气得物质的量是xmol，则

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

开始时（mol） 1 3

转化的（mol） x 3x 2x

平衡时（mol） 1-x 3-3x 2x

根据题意有1-x+3-3x+2x=2.8,所以x=0.6mol，则氢气的转化率3x/3×100%=60%;

②当α1+α2=1时说明只将NH3置于该容器中，达到平衡状态与原平衡是等效平衡，则将氮气、氢气全部转化为氨气的物质的量即可达到等效平衡，所以1mol氮气、3mol氢气完全转化为氨气的物质的量是2mol.

考点：考查电化学原理的应用，化学平衡理论的应用，平衡常数的表示，反应热效应的判断，盖斯定律的应用，等效平衡的判断，转化率的计算