Question

科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究。

（1）目前合成氨的技术原理为：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H，该反应的能量变化如图所示：

在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E₂的变化是：____。（填“增大”、“减小”或“不变”）。

②将一定量的N₂(g)和H₂(g)放入2L的密闭容器中，在500℃、2×10⁷Pa下发生如下反应：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)，5分钟后达到平衡，测得N₂为0.2mol，H₂为0.6mol，NH₃为0.2mol。氮气的平均反应速率v(N₂)＝____，H₂的转化率为_____，该反应在此温度下的化学平衡常数为_____（后两空保留小数点后一位）。

③欲提高②容器中H₂的转化率，下列措施可行的是_____。

A．向容器中按原比例再充入原料气           B．向容器中再充入惰性气体

C．改变反应的催化剂                       D．液化生成物分离出氨

（2）1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传导H⁺），从而实现了高转化率的电解法合成氨。其实验装置如图所示。阴极的电极反应式为_______。

（3）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃和TiO₂）表面与水发生下列反应：2N₂(g) +6H₂O(l)4NH₃(g) +3O₂(g)   △H = a kJ/mol，进一步研究NH₃生成量与温度关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下：

T/K	303	313	323
NH3生成量/（10^－^6mol）	4.8	5.9	6.0

此合成反应的a_____0。（填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer

减小 0.01mol·L－1·min－1 33.3% 3.7 L2/mol2 A D N2 + 6H+ + 6e－ = 2NH3 大于

【解析】

（1）①加入催化剂，降低反应的活化能，则E1和E2都减小；②

起始浓度（mol/L） 0.15 0.45 0

转化浓度（mol/L） 0.05 0.15 0.1

平衡浓度（mol/L） 0.1 0.3 0.1

所以氮气的平均反应速率v(N2)＝0.05mol/L÷5min＝0.01mol/(L·min)；H2的转化率为；该反应在此温度下的化学平衡常数为；③A．向容器中按原比例再充入原料气相当于增大压强，平衡向正反应方向进行，转化率提高，A正确；B．向容器中再充入惰性气体浓度不变，平衡不移动，转化率不变，B错误；C．改变反应的催化剂不能改变平衡状态，转化率不变，C错误；D．液化生成物分离出氨，降低生成物浓度，平衡向正反应方向进行，转化率提高，D正确；答案选AD。（2）电解池的阴极得到电子，则氮气在阴极得到电子，发生还原反应转化为氨气，电极反应式为N2 + 6H+ + 6e－＝2NH3。（3）根据表中数据可知升高温度氨气含量增加，说明升高温度平衡向正反应方向进行，正反应是吸热反应，则a＞0。