Question

氨是氮循环过程中的重要物质，氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法，氨还可以进一步用来合成尿素、生产纯碱。

（1）写出氨分子的电子式______，其中氮原子有_____种能量不同的电子，氮原子的轨道表示式__________。

（2）根据如图提供的信息，写出该反应的热化学方程式___________________，右图的曲线中______（填“a”或“b”）表示加入铁触媒（催化剂）的能量变化曲线。

（3）在恒容容器中，下列描述中能说明上述反应已达平衡的是______。

A 3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆

B 单位时间内生成nmolN₂的同时生成2nmolNH₃

C 容器内气体的密度不随时间的变化而变化

D 容器内压强不随时间的变化而变化

（4）为了寻找合成NH₃的适宜条件，某同学设计了三组实验（如下表），请在下表空格处填入相应的实验条件及数据。

实验编号	T（℃）	n（N2）/n（H2）	P（MPa）
1	450	1/3	1
2	________	1/3	10
3	480	_________	10

（5）氨气制取尿素[CO（NH₂）₂]的合成塔中发生反应：2NH₃（g）+CO₂（g）CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）。图为合成塔中不同氨碳比a和水碳比b时二氧化碳转化率（α）。b宜控制在_______（填字母）范围内。

A. 0.6～0.7    B. 1～1.1    C. 1.5～1.6    D. 1～1.6

a宜控制在4.0左右，理由是_________。

Answer

3 N2（g）+3H2（g）2NH3（g）+92kJ b BD 450 1/3 A 氨碳比a大于4.0时，增大氨气的物质的量，二氧化碳的转化率增加不大，增加了生产成本；氨碳比a小于4.0时，二氧化碳转化率较小

【解析】

(1)电子式是在元素符号周围用点“”或叉“”来表示元素原子的最外层电子，氮元素最外层有5个电子，氢元素最外层有1个电子，所以氨分子的电子式为 ，其中氮原子的轨道表示式为，由轨道表示式可以看出氮原子有3种能量不同的电子。

答案为： ；3；；

(2)由能量变化图可知，1molN2(g)和3molH2(g)完全反应生成2molNH3(g)放出的能量为：508kJ/mol-600 kJ/mol=-92 kJ/mol，所以该反应的热化学方程式为：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）+92kJ。加入催化剂能降低反应的活化能，曲线b的活化能较低，所以曲线b表示加入铁触媒（催化剂）的能量变化曲线。

答案为：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）+92kJ；b；

(3)A.正向和逆向用不同物质表示的速率比等于计量系数比时，说明v正=v逆，反应达到平衡状态，所以2v（H2）正=3v（NH3）逆时，说明上述反应已达平衡，A错误；

B. 单位时间内生成nmolN2的同时生成2nmolNH3，说明v正=v逆，反应达到平衡状态，B正确；

C. 容器内气体的密度，根据质量守恒定律，反应前后气体的总质量m不变，恒容容器V不变。所以无论反应是否平衡，容器内气体的密度总是不变的，C错误；

D. 合成氨反应N2+3H22NH3，正向气体体积减小，逆向气体体积增大，当反应达到平衡时，体系内气体的实际体积不变，压强也就不变了。所以容器内压强不随时间的变化而变化，说明上述反应已达平衡，D正确；

答案选BD。

(4)该实验应用控制变量法来寻找合成NH3的适宜条件，由表格得到的信息：第1和第2组实验对照，第2组实验改变的条件是压强，所以第2组实验的温度和第1组相同，应为450℃；第2和第3组实验对照，第3组实验改变的条件是温度，所以第3组实验的n（N2）/n（H2）应和第2组相同，为1/3。

答案为：450 ； 1/3 ；

(5)由给出的图像可以看出，当氨碳比a相同时，水碳比b在0.6～0.7这条曲线对应的转化率最高，所以b宜控制在0.6～0.7范围内。当b宜控制在0.6～0.7范围内，氨碳比a大于4.0时，增大氨气的物质的量，二氧化碳的转化率增加不大，但却增加了生产成本；而氨碳比a小于4.0时，二氧化碳转化率较小，因此a宜控制在4.0左右。

答案为：A；氨碳比a大于4.0时，增大氨气的物质的量，二氧化碳的转化率增加不大，增加了生产成本；氨碳比a小于4.0时，二氧化碳转化率较小；