Question

以下是处于研究阶段的“人工固氮”的新方法。N₂在催化剂表面与水发生反应：2N₂(g)+6H₂O(l)4NH₃(g)+3O₂(g)-1530.4kJ，完成下列填空：

(1)该热化学反应方程式的意义是________________________________________。

(2)上述反应达到平衡后，保持其他条件不变，升高温度，重新达到平衡时_______。

a．平衡常数K增大                    b．H₂O的浓度减小

c．容器内的压强增大                  d．v_逆(O₂)减小

(3)部分实验数据见下表（条件：2L容器、催化剂、光、N₂1mol、水3mol、反应时间3 h）：

序号	第一组	第二组	第三组	第四组
t/℃	30	40	50	80
NH3生成量/（10^－^6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

第四组容器中3小时内以NH₃表示的平均反应速率是________________。第四组容器内NH₃生成量最小的可能原因是_________________________________________。

(4)若用该反应进行工业生产，请选择适宜的条件___________________________ 。

(5)氨气大量用于制尿素，铵态氮肥以及硝酸，氨还可用做致冷剂。在(NH₄)₂SO₄溶液中存在水解反应，常温下该水解反应的平衡常数表达式可表示为K=_____________。

(6)有等浓度的下列三种溶液：①NH₄Cl　②(NH₄)₂SO₄　③NH₄HSO₄，c(NH₄⁺)由大到小的顺序是____________________；若换成pH值相等，则三种溶液中，c(NH₄⁺)由大到小的顺序是____________________。

Answer

2mol氮气在催化剂表面与6mol水完全反应生成4mol氨气和3mol氧气需吸收1530.4 kJ的热量 a c 3.33×10-7mol/L·h 催化剂在80℃活性减小，反应速率反而减慢 选择高效催化剂、适宜温度(60℃)、及时将产物移出反应容器 K=或 ②＞③＞① ①＝②＞③

【解析】

(1)该热化学反应方程式的意义是2mol氮气在催化剂表面与6mol水完全反应生成4mol氨气和3mol氧气需吸收1530.4kJ的热量；
(2)a．正反应为吸热反应，升高温度，平衡常数K增大，故选；
b．升高温度，H2O是液态，浓度是定值，故不选；
c．温度越高，压强越大；此外升高温度，平衡正向移动，生成的气体的物质的量增大，容器内的压强增大，故选；
d．升高温度，正逆反应速率都增加，故不选；
故答案为：ac；
(3)3小时内NH3物质的量的变化量为2×10−6mol，=3.33×10-7mol/(L•h)；该反应是吸热反应，温度升高平衡应该正向移动，氨气的物质的量应该最大，但是第四组温度最高，达平衡时，氨气的物质的量最小，说明反应速率变慢，可能是催化剂在80℃活性减小，反应速率反而减慢；

(4)进行工业生产，要反应速率快，转化率高，从速率方面考虑应选择高效催化剂、提高温度，从转化率方面考虑应及时将产物移出反应容器；
(5)①在(NH4)2SO4溶液中存在水解反应，NH4++H2O⇌NH3•H2O+H+，常温下该水解反应的平衡常数表达式可表示为K=或；
②物质的量浓度相同的下列溶液：①NH4Cl、②(NH4)2SO4、③NH4HSO4；先不考虑水解，则②(NH4)2SO4含有2个NH4+，所以其NH4+的浓度大于其它两种物质，①NH4Cl③NH4HSO4比较，③水解受到抑制，即NH4+的量较多，即溶液中c(NH4+)③＞①，所以按c(NH4+)由大到小的顺序排列为②＞③＞①；

相同pH的(NH4)2SO4与NH4Cl溶液中，都存在NH4++H2O⇌NH3•H2O+H+，pH相同则c(H+)相同，说明NH4+的水解程度相同，则c(NH4+)相同；由于NH4HSO4电离时产生H+，所以需要较少的NH4+水解即可使c(H+)与(NH4)2SO4和NH4Cl相同，因此NH4HSO4中NH4+的浓度小于(NH4)2SO4和NH4Cl，所以按c(NH4+)由大到小的顺序排列为：①=②＞③。