Question

氨是工农业生产中重要的基础物质，研究合成氨及氨的应用具有重要意义。

(1)已知：N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)ΔH=92kJ/mol，N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)的活化能为508kJ/mol。则2NH₃(g)N₂(g)+3H₂(g)的活化能为_______________kJ/mol

(2)我国科研人员研制出Ti-H-Fe双温区催化剂(Ti-H区与Fe区温差可超过100℃)。Ti-H-Fe双温区催化合成氨的反应历程如图，其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注。

下列说法中正确的是______________。

A．①为NN的断裂过程

B．①②③在高温区发生，④⑤在低温区发生

C．④为N原子由Fe区域向Ti-H区域的传递过程

D．使用Ti-H-Fe双温区催化剂时合成氨反应转变为吸热反应

(3)以氨和CO₂为原料合成尿素的反应为2NH₃(g)＋CO₂(g)CO(NH₂)₂(l)＋H₂O(g)。工业生产时，需要原料气带有水蒸气，图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示在不同水碳比时，CO₂的平衡转化率与氨碳比之间的关系。

①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是______________，判断依据是______________。

②测得M点氨气的平衡转化率为40%，则x₁＝______________。

(4)将氨氧化法制硝酸过程中氨经催化氧化后的气体(高于800℃)急剧冷却到100℃以下，一方面除去大量的H₂O，使NO(g)和O₂(g)发生反应，另一方面温度低有利于生成NO₂(g)。

2NO(g)＋O₂(g)2NO₂(g)的反应历程分两步：

Ⅰ.2NO(g)N₂O₂(g)(反应快，瞬间达到平衡)ΔH₁＜0，v_1正＝k_1正c²(NO)    v_1逆＝k_1逆c(N₂O₂)；

Ⅱ.N₂O₂(g)＋O₂(g)2NO₂(g)(反应慢)ΔH₂＜0，v_2正＝k_2正c(N₂O₂)c(O₂)    v_2逆＝k_2逆c²(NO₂)。

其中k₁、k₂是速率常数，随温度上升而增大。则一定温度下，反应2NO(g)＋O₂(g)2NO₂(g)达到平衡状态，请写出用k_1正、k_1逆、k_2正、k_2逆表示的平衡常数表达式K＝______________，升高温度，K值______________(填“增大”“减小”或“不变”)。

Answer

600 BC Ⅲ 当氨碳比相同时，水碳比越大，即原料气中含水蒸气越多，CO2的平衡转化率越小 3 减小

【解析】

(1) 根据ΔH=正反应活化能-逆反应活化能，据此分析计算；

(2)A．①催化剂吸附氮气分子的过程，没有化学键断裂；

B．不同反应过程需要的温度条件不同。催化剂吸附分子，使分子的活化能降低，化学键发生断裂的过程，都需要高温条件，目的是加快反应速率；氮原子的转移，化学键的生成，需要低温条件，目的是增大氨气的平衡产率；

C．N原子的转移方向是从高温区向低温区；

D．催化剂能改变化学反应速率，但不能改变反应的焓变；

(3)①根据图2可知，氨碳比一定时，水碳比越大，说明原料气中含二氧化碳越少，二氧化碳的转化率越低，所以二氧化碳转化率最低的即为水碳比最大的；

②B点二氧化碳的转化率为60%，氨气的转化率是40%，设出NH3、CO2的起始物质的量，列式计算x1；

(4)平衡时，v1正＝v1逆，v2正＝v2逆，即k1正c2(NO)=k1逆c(N2O2)，k2正c(N2O2)×c(O2)＝k2逆c2(NO2)，即=， =，据此分析解答；由于2NO(g)＋O2(g) ⇌2NO2(g)的反应两步历程均为放入反应，则N2O2(g)＋O2(g) ⇌2NO2(g)为放热反应，温度升高平衡逆向移动，据此分析判断平衡常数的变化。

(1)设N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的活化能为E1，2NH3(g)⇌N2(g)+3H2(g)的活化能为E2，2NH3(g)⇌N2(g)+3H2(g)是N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的逆反应，则E1-E2=ΔH，所以，508kJ/mol -E2=-92kJ/mol，解得：E2=600kJ/mol；

(2)A．①为催化剂吸附N2的过程，故A错误；

B．从图上可知：②过程为在Fe区形成过渡态的过程，为吸热反应，在高温区反应更利于形成过渡态，那么Fe区为高温区，Ti-H区为低温区，①②③都是在Fe区反应的，即①②③都是在高温区反应的，④⑤都是在Ti-H区反应的，即④⑤都是在低温区反应的，故B正确；

C．由图可知，④为N原子由Fe区域向Ti-H区域的传递过程，故C正确；

D．一个反应是吸热反应还是放热反应与是否使用催化剂、使用什么催化剂无关，只与反应物的始态和终态有关，由合成氨的ΔH＜0可知，合成氨为放热反应，故D错误；

综上所述：BC正确，AD错误，故答案为：BC；

(3)①根据图示可知，氨碳比一定时，水碳比越大，说明原料气中含二氧化碳越少，二氧化碳的转化率越低，所以二氧化碳转化率最低的即为水碳比最大的，则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是Ⅲ曲线，

②设CO2的起始物质的量为1，则NH3的起始物质的量为x1，M点：氨气的平衡转化率为40%，CO2的转化率为60%，则有：40%x1=60%×1×2，解得x1=3；

(4)平衡时，v1正＝v1逆，v2正＝v2逆，即k1正c2(NO)=k1逆c(N2O2)，k2正c(N2O2)×c(O2)＝k2逆c2(NO2)，即=， =，2NO(g)＋O2(g) ⇌2NO2(g)的K= =×=×=；由于2NO(g)＋O2(g) ⇌2NO2(g)的反应两步历程均为放入反应，则N2O2(g)＋O2(g) ⇌2NO2(g)为放热反应，温度升高平衡逆向移动，平衡常数K减小。