Question

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+3H₂2NH₃。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)+6H₂O(g) 4NH₃(g)+3O₂(g) △H=Q

（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(N₂)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^-1

回答下列问题：

结合II中的数据，则2H₂ (g)+O₂ (g)=2H₂O (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a₂，当a₁+a₂=1时，则起始时NH₃的物质的量n(NH₃)= _________mol。

Answer

Ⅰ．阳 N2＋6H＋＋6e－2NH3Ⅱ．

（1）K=(氢气失去电子，做电解池的阳极，氮气做电解池的阴极，得到电子，电极反应为N2＋6H＋＋6e－2NH3。

Ⅱ．（1）化学平衡常数=生成物的浓度幂之积/反应物的浓度幂之积，所以K=。（2）＞ （3）d。

Ⅲ．（1）－572．0 kJ·mol-1(单位不写不给分)（2）①60% ②2

【解析】

试题分析：Ⅰ．氢气失去电子，做电解池的阳极，氮气做电解池的阴极，得到电子，电极反应为N2＋6H＋＋6e－2NH3。

Ⅱ．（1）化学平衡常数=生成物的浓度幂之积/反应物的浓度幂之积，所以K=。 2)从图像看，氮气的含量随着温度升高，先增大，后减小，说明先建立平衡，当氮气的含量最大时是平衡态，后随着温度升高，平衡正向移动，氮气的含量减小，说明正反应为吸热反应，即Q＞0。（3）因为反应为吸热，所以从cd中选，使用催化剂，降低反应的活化能，所以选d。

Ⅲ．（1）根据盖斯定律，（反应②×2-反应①）/3，反应热=（-93．0×2-1530）/3=－572．0 kJ·mol-1。

（2）①N2(g)+3H2 (g) 2NH3(g)

起始 1 3 0

改变 x 3x 2x

平衡 1-x 3-3x 2x 有1-x+ 3-3x +2x=2．8，解x=0．6摩尔，所以氢气的转化率=0．6×3/3= 60% 。 ②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a2，当a1+a2=1时，说明平衡与原平衡是等效平衡，氨气的物质的量极限转化后相当于1摩尔氮气和3摩尔氢气，所以氨气的物质的量为2摩尔。

考点：电解原理，化学平衡的常数的计算，化学平衡的计算。