Question

合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径。回答下列问题：

（1）德国化学家F.Haber从1902年开始研究N₂和H₂直接合成NH₃。在1.01×10⁵Pa、250℃时，将1 molN₂和1 molH₂加入aL刚性容器中充分反应，测得NH₃体积分数为0.04；其他条件不变，温度升高至450℃，测得NH₃体积分数为0.025，则可判断合成氨反应为 ____填“吸热”或“放热”）反应。

（2）在1.01×10⁵Pa、250℃时，将2 moIN₂和2 molH₂加入aL密闭容器中充分反应，H₂平衡转化率可能为 ___（填标号）。

A =4%    B <4%    C 4%～7%    D >11.5%

（3）我国科学家结合实验与计算机模拟结果，研究了在铁掺杂W18049纳米反应器催化剂表面上实现常温低电位合成氨，获得较高的氨产量和法拉第效率。反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。

需要吸收能量最大的能垒（活化能）E=____ev，该步骤的化学方程式为____，若通入H₂体积分数过大，可能造成 ___。

（4）T℃时，在恒温恒容的密闭条件下发生反应：反应过程中各物质浓度的变化曲线如图所示：

①表示N₂浓度变化的曲线是 ____（填“A”、“B”或“C’，）。与（1）中的实验条件（1.01×10⁵Pa、450℃）相比，改变的条件可能是_____。

②在0～25min内H₂的平均反应速率为____。在该条件下反应的平衡常数为 ___mol^-2．L²（保留两位有效数字）。

Answer

放热 D 1.54 NH3*+NH3=2NH3 占据催化剂活性位点过多 B 加压强或降温 0.006mol·L-1·min-1 0.73

【解析】

（1）升高温度，NH3体积分数降低；

（2）在1.01×105Pa、250℃时，将2 moIN2和2 molH2加入aL密闭容器中充分反应，与在1.01×105Pa、250℃时，将1 moIN2和1 molH2加入aL密闭容器中充分反应比，相当于加压；

（3）吸收能量最大的能垒，即相对能量的差最大；根据图示写方程式；

（4）根据反应方程式，N2、H2、NH3的变化量比为1:3:2；图氢气的转化率为25%，（1）中氢气的转化率是11.5%，根据转化率的变化分析；

②A表示氢气的浓度变化，根据 计算H2的平均反应速率；根据计算平衡常数；

（1）升高温度，NH3体积分数降低，说明升高温度平衡逆向移动，正反应放热；

（2）在1.01×105Pa、250℃时，将1 molN2和1 molH2加入aL刚性容器中充分反应，测得NH3体积分数为0.04；

，x=0.0384，H2平衡转化率，在1.01×105Pa、250℃时，将2 moIN2和2 molH2，相当于加压，平衡正向移动，氢气转化率增大，H2平衡转化率>11.5%，故选D；

（3）根据图示，吸收能量最大的能垒，即相对能量的差最大是-1.02-(-2.56)=1.54；根据图示，该步的方程式是NH3*+NH3=2NH3；若通入H2体积分数过大，氢分子占据催化剂活性位点过多；

（4）①根据反应方程式，N2、H2、NH3的变化量比为1:3:2，所以表示N2浓度变化的曲线是B；(1)中氢气转化率11.5%，1:3时氢气转化率更低，图中氢气转化率25%，故只能考虑压强、温度的影响，可以采用加压或降温的方法；

②A表示氢气的浓度变化， 0.006mol·L-1·min-1； mol-2．L2。