Question

合成氨是人工固氮最重要的途径，反应的热化学方程式如下：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)   ΔH=-92.4kJ·mol^-1。

（1）工业上有利于提高合成氨产率的条件有___。

A.低温    B.高温    C.低压    D.高压    E.催化剂

（2）关于合成氨的说法，正确的是__。

A.合成氨反应的ΔH和ΔS都小于零

B.控制在773K下反应，目的是加快反应速率和提高平衡转化率

C.将NH₃液化后移去，利于反应速率提高和平衡正向移动

D.原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和事故发生

（3）若N₂、H₂的初始投入量分别为0.1mol、0.3mol，在恒容容器中反应，平衡后混合物中氨的体积分数(ψ)与温度、压强的关系如图所示。

①比较p₂、p₃的大小：p₂__p₃（填“＞”“＜”或“＝”），其原因是__。

②比较平衡时A、B点对应的化学反应速率：V_A(N₂)__V_B(N₂)（填“＞”“＜”或“＝”）。

③若起始压强为1×10⁸Pa，则平衡时B点的压强为___Pa。

（4）科学家发现，以H₂O和N₂为原料，熔融NaOH-KOH为电解质，纳米Fe₂O₃作催化剂，在250℃和常压下可实现电化学合成氨，阴极区发生的变化可按两步进行。已知第一步的反应为：Fe₂O₃+6e^-+3H₂O=2Fe+6OH^-，则第二步的反应方程式为___。

Answer

BDE AD ＞ 温度相同时，增大压强，化学平衡向正反应方向移动，平衡混合物中氨的体积分数增大 ＜ 6×107 2Fe+3H2O+N2=2NH3+Fe2O3

【解析】

（1）工业上有利于提高合成氨产率的条件从有利于提高单位时间里氨气的产量这个角度来考虑；

（2）A. 从合成氨反应的热化学反应方程式可以判断ΔH和ΔS都小于零；

B. 从温度对反应速率和平衡的影响来判断；

C. 从减少生存物氨气的浓度对反应速率和平衡的影响来判断；

D. 从原料气对于催化剂催化效能的影响以及会否引发事故的角度来判断；

（3）①氨气的体积分数不同的原因在压强，通过相同温度不同压强下氨气的体积分数大小，判断平衡移动的方向，比较p2、p3的大小；

②平衡时A、B点对应的化学反应速率不同的原因主要是压强、温度，从压强、温度对反应速率的影响来判断；

③若N2、H2的初始投入量分别为0.1mol、0.3mol，在恒容容器中反应，若起始压强为1×108Pa，则计算平衡时B点的压强，可通过压强之比等于混合气体总的物质的量之比来计算，用三段式计算平衡时混合气体总的物质的量；

（4）阴极区发生还原反应，找出阴极总反应，已知第一步的反应为：Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-，纳米Fe2O3作催化剂，首先转化为铁，则第二步的反应中要重新生成Fe，据此写出第二步方程式；

（1）合成氨是气体分子数减小的放热反应，高压有利于平衡右移，有利于提高产率，高温虽然不利于氨的合成，但大大提高了合成氨的速率有利于提高产率，催化剂能极大地提高反应的速率，也有利于提高产率；

答案为：BDE；

（2）

A.合成氨是气体分子数减小的放热反应，故合成氨反应的ΔH和ΔS都小于零，说法正确；

B.在773K下反应，目的是保证催化剂的活性加快反应速率，不利于提高平衡转化率，说法错误；

C.将NH3液化后移去，利于平衡正向移动，减少反应速率，说法错误；

D.原料气假如不净化，有杂质气体，会引起催化剂中毒，假如含有毒气体有可能发生安全事故，说法正确；

答案为：AD；

（3）①温度相同时，增大压强化学平衡向正反应方向移动，故平衡混合物中氨的体积分数越大压强越大，由图知p2下氨的体积分数大于p3下氨的体积分数；则p2＞p3

答案为：＞；

p2＞p3的原因：温度相同时增大压强化学平衡向正反应方向移动来；

答案为：温度相同时，增大压强，化学平衡向正反应方向移动，平衡混合物中氨的体积分数增大；

②温度越大，压强越大，反应速率越大，p1>p2，由图可知，B对应的温度、压强大，则反应速率大；

答案为：＜；

③若N2、H2的初始投入量分别为0.1mol、0.3mol，在恒容容器中反应，若起始压强为1×108Pa，

因为p始= 1×108Pa，所以p平= 6×107Pa；

答案为：6×107；

（4）阴极区发生还原反应，阴极总反应可表示为：N2+6e-+6H2O=2NH3+6OH-，已知第一步的反应为：Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-，纳米Fe2O3作催化剂，首先转化为铁，则第二步的反应中要重新生成Fe，方程式为2Fe+3H2O+N2=2NH3+Fe2O3；

答案为：2Fe+3H2O+N2=2NH3+Fe2O3。