Question

工业合成氨是解决人类的生存问题。回答下列问题：

(1)科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示，对图中线间距离窄小的部分，其能量差用的方式表示。由图可知合成氨反应N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)的=_______kJ·mol^－1，反应速率最慢的步骤的化学方程式为____________。

(2)工业合成氨反应为：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)，当进料体积比V(N₂)：V(H₂)=1：3时，平衡气体中NH₃的物质的量分数随温度和压强变化的关系如图所示：

则500℃时：

①平衡常数K_P(30MPa)________K_P(100MPa)。(填“＜”、“=”、“＞”)

②30MPa时，氢气的平衡转化率为_________(结果保留3位有效数字)。用平衡分压表示平衡常数K_P=_______________(列出计算式即可，不必化简)。

(3)科学家利用电解法在常温常压下实现合成氨，工作时阴极区的微观反应过程如图所示，其中电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的有机溶液。

①阴极区生成NH₃的电极反应式为_____________。

②下列说法正确的是_______________(填标号)。

A.三氟甲磺酸锂的作用是增强导电性

B.选择性透过膜可允许N₂和NH₃通过，防止H₂O进入装置

C.保持电流强度不变，升高溶液的温度，可以加快电解反应的速率

Answer

－92 Nad+3Had⇌NHad + 2Had = 33.3% N2+6e－+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O－ AB

【解析】

(1)由图可知，反应物[N2(g)+H2(g)]和生成物[NH3(g)]的能量差为46 kJ·mol-1；反应的活化能越大，破坏化学键消耗能量越大，反应速率越慢，由图可知，（Nad+3Had）转化为（NHad + 2Had）时，反应物破坏化学键消耗能量最大；

(2)①化学平衡常数是温度函数，只受温度变化的影响；

②由题意建立三段式求解可得；

(3)①从阴极区的微观反应过程示意图可知，N2与C2H5OH在阴极区得到电子发生还原反应生成NH3和C2H5O-；

②A．三氟甲磺酸锂电离出离子，使溶液中离子浓度增大，增强溶液导电性；

B．从示意图可知，水在选择性透过膜上方；

C．保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率。

(1)由图可知，反应物[N2(g)+H2(g)]和生成物[NH3(g)]的能量差为46 kJ·mol-1，合成氨反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的∆H=—46 kJ·mol-1，则N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的=2×（—46 kJ·mol-1）=—92kJ·mol-1；反应的活化能越大，破坏化学键消耗能量越大，反应速率越慢，由图可知，（Nad+3Had）转化为（NHad + 2Had）时，反应物破坏化学键消耗能量最大，则反应速率最慢，反应的化学方程式为Nad+3Had⇌NHad + 2Had，故答案为：—92；Nad+3Had⇌NHad + 2Had；

(2)①化学平衡常数是温度函数，只受温度变化的影响，则500℃时，反应平衡常数Kp(30MPa)=Kp(100MPa)，故答案为：=；

②设参加反应N2的物质的量为x，由题意建立如下三段式：

由图可知，氨气的物质的量分数为20%，则由三段式可得，解得x=，则氢气的平衡转化率为=33%；由三段式数据可得N2的体积分数为=20%，H2的体积分数为=60%，则用平衡分压表示平衡常数Kp=，故答案为：33%；；

(3)①从阴极区的微观反应过程示意图可知，N2与C2H5OH在阴极区得到电子发生还原反应生成NH3和C2H5O-，电极反应式为N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-，故答案为：N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-；

②A．从阴极反应看，电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的有机溶液，三氟甲磺酸锂并未参与反应，作用是电离出离子，使溶液中离子浓度增大，增强溶液导电性，A正确；

B．从示意图可知，水在选择性透过膜上方，说明选择性透过膜可允许N2和NH3通过，不允许H2O透过，B正确；

C．保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率，C错误；

AB正确，故答案为：AB。