Question

（本小题14分）氮气是制备含氮化合物的一种重要物质，而含氮化合物的用途广泛。

（1）图中表示两个常见的固氮反应：

①N₂＋3H₂2NH₃

②N₂＋O₂2NO的平衡常数（lg K）与温度的关系，

根据图中的数据判断下列说法正确的是________（填序号）。

A．反应②为放热反应

B．常温下，反应①的反应速率很大，而反应②的反应速率很小

C．升高温度，反应①的反应速率增大，反应②的反应速率减小

D．在常温下，利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大

（2）工业上也可在碱性溶液中通过电解的方法实现由N₂制取NH₃：2N₂＋6H₂O4NH₃＋3O₂，通入N₂的一极是________（填“阴极”或“阳极”），阳极的电极反应式是____    ___。

（3）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：

①N₂（g）＋3H₂O（l）2NH₃（g）＋O₂（g） ΔH＝a kJ/mol。

已知：②N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g） ΔH＝－92.4 kJ/mol，

2H₂（g）＋O₂（g）2H₂O（l） ΔH＝－571.6 kJ/mol，则a＝__________。

（4）已知：4NH₃（g）＋3O₂（g）2N₂（g）＋6H₂O（g） ΔH＝－1316 kJ·mol^－1 ，氨是一种潜在的清洁能源，可用作碱性燃料电池的燃料。

①当温度不同（T₂＞T₁）、其他条件相同时，下列图像正确的是________（填代号）。

②该燃料电池的负极反应式是____________。

（5）工业上合成氨时，温度过高，氨气的产率降低，试从化学平衡移动原理的角度加以解释：_____________。

Answer

（本小题14分，每空2分）

（1） D； （2）阴极；4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 或2H2O－4e－=O2↑＋4H＋

（3）＋765.0 （4） ①乙 ② 2NH3－6e－＋6OH－=== N2↑＋6H2O

（5）由工业合成氨反应N2（g）＋3H2（g） 2NH3（g） ΔH＝－92.4 kJ/mol可知该反应的正反应为放热反应，温度过高时，导致平衡逆向移动，因而氨气的产率降低。

【解析】

试题分析：（1）根据图像①可知温度越高，平衡常数越小，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应方向是吸热反应，则该反应的正反应是放热反应；②温度越高，平衡常数越大，说明升高温度，平衡正向移动，正反应方向是吸热反应；A项错误；B．常温下，由于N≡N的键能和H—H、O=O的键能都很大，所以反应①②的反应速率不大，B项错误；C．升高温度，无论是放热反应还是吸热反应，反应速率都增大，C项错误；D．在常温下，根据平衡常数可知：利用反应①固氮和利用反应②固氮反应程度相差很大，D项正确；答案选D。

（2）根据反应方程式可知：在反应中N2得到电子，作氧化剂，因此应该作阴极，在阳极则是OH-失去电子被氧化，电极反应式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 或2H2O－4e－=O2↑＋4H＋；

（3）根据盖斯定律（②—①）×2÷3，整理可得，2H2（g）＋O2（g）2H2O（l） ΔH＝－（92.4+a） ×2÷3=—571.6 kJ/mol，则a＝＋765.0KJ/mol；

（4） ①升高温度，正反应、逆反应的化学反应速率都加快，达到平衡所需要的时间缩短，甲错误；由于该反应的正反应是放热反应。根据平衡移动原理可知：升高温度，平衡逆向移动，达到平衡时NH3的转化率降低，乙正确；该反应的正反应是气体体积增大的反应，在其它条件不变时，增大压强，平衡向气体体积减小的逆反应方向移动，所以O2的转化率降低，丙错误；②该燃料电池的负极发生氧化反应，根据方程式可知NH3在反应中元素的化合价升高，失去电子，被氧化，因此在负极的电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－=== N2↑＋6H2O；

（5）工业上合成氨时，温度过高，氨气的产率降低，这是由于合成氨的正反应是放热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，对该反应来说，平衡逆向移动，所以合成氨时，温度过高，氨气的产率降低。

考点：考查热化学方程式的书写、温度对平衡的影响、原电池的工作原理、反应条件的选择与物质产率的关系等知识。