Question

氮是地球上含量丰富的一种元素，“固氮”在工农业生产中有着重要作用，是几百年来科学家一直研究的课题。下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。

反应	大气固氮 N2(g)+O2(g) 2NO(g)	工业固氮 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
温度/℃	27	2000	25	400	450
K	3.84×10^-31	0.1	5×10^-8	2×10^4	7×10^3

（1）①分析数据可知：大气固氮反应属于___________（填“吸热”或“放热”）反应。

②在一定温度下，将一定足的N₂和O₂通入到体积为1L的密闭容器中，当“大气固氮”反应达到平衡后，改变下列条件，能使平衡向正反应方向移动且平衡常数不变的是_______。

a．增大压强    b．增大反应物的浓度     c．使用催化剂   d．升高温度

③ 从分子结构角度解释“大气固氮”和“工业固氮”反应的活化能都很高的原因：________。

（2）分析表格数据可知“大气固氮”的反应正向进行的程度小，不适合大规模生产，故世界各国均采用合成氨的方法进行工业固氮。

①从平衡移动角度考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因_______________________。

②将0.1molN₂和0.1molH₂通入一容积可变的容器中进行工业固氮反应，则下图所示N₂的平衡转化率在不同压强(P₁，P₂)下随温度变化的曲线正确的是____________（填“A” 或“B”)；比较P₁、P₂的大小关系________；若300℃、压强P₂时达到平衡，容器容积恰为100L，则此状态下反应的平衡常数K=______________ (计算结果保留2位有效数字)。

③合成氨反应达到平衡后，t₁时刻氨气浓度欲发生图C变化可采取的措施是____________。

（3）近年近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N₂(g)+6H₂O(l)⇌4NH₃(g)+3O₂(g)，则其反应热△H=____________。

（已知：N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)   △H₁=-92.4kJ•mol^-1；2H₂(g)+O₂(g)⇌2H₂O(l)   △H₂=-571.6kJ•mol^-1 ）

Answer

吸热 b 氮气分子中N≡N键能很大，断开N≡N需要吸收较高能量 从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适 A P2>P1 1.3×lO5 容器容积不变条件下移走适量氨气，降低氨气的浓度 +1 530kJ·mol-l

【解析】(1)①由表格数据可知，温度越高，K越大，说明升高温度，平衡正移，则正反应方向为吸热反应；

②a．反应前后气体总物质的量不变，增大压强平衡不移动，故a不正确；b．增大反应物的浓度可促进平衡正向移动，且不影响平衡常数，故b正确；c．使用催化剂，平衡不移动，故c不正确；d．平衡常数只受温度影响，故d不正确；答案为b；

③ “大气固氮”和“工业固氮”中的反应物氮气的分子中N≡N键能很大，断开N≡N需要吸收较高能量，导致反应的活化能都很高；

(2)①合成氨反应中，反应温度越高，反应速率越快，但是该反应为放热反应，温度高转化率会降低，而且在500℃左右催化剂活性最高，所以从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适；

②合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率减小，所以图A正确，B错误；该反应正方向为体积减小的方向，增大压强平衡正向移动，转化率增大，р2的转化率大，则р2大；若300℃、压强P2时达到平衡，N2的转化率为10%，

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

起始物质的量(mol) 0.1 0.1 0

变化物质的量(mol) 0.01 0.03 0.02

平衡物质的量(mol) 0.09 0.07 0.02

平衡常数K===1.3×lO5 ；

③由图像可知，t1时刻氨的浓度瞬间降低，后平衡继续正向移动，可采取的措施应是容器容积不变条件下移走适量氨气，降低氨气的浓度；

(3)已知：①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1，
②2H2(g)+O2(g)2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1，
由盖斯定律：①×2-②×3得2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g)，△H=(-92.4kJ•mol-1)×2-(-571.6kJ•mol-1)×3=+1530 kJ•mol-1。