Question

（18分）研究氮的固定具有重要意義。

（1）雷雨天氣中發(fā)生自然固氮后，氮元素轉(zhuǎn)化為________而存在于土壤中。處于研究階段的化學固定

新方法是N2在催化劑表面與水發(fā)生如下反應：

2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) △H K ①

已知：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H1=-92.4kJ·mol-1 K1 ②

2H2(g) +O2(g) =2H2O(l) △H2=-571.6kJ·mol-1 K2 ③

則△H =________；K=___________（用K1和 K2表示）。

（2）在四個容積為2L的密閉容器中，分別充入1mol N2、3mol H2O，在催化劑條件下進行反應①3h，實驗數(shù)據(jù)見下表：

序號	第一組	第二組	第三組	第四組
t/℃	30	40	50	80
NH3生成量/（10﹣6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

下列能說明反應①達到平衡狀態(tài)的是_____（填字母）。

a.NH3和O2的物質(zhì)的量之比為4∶3

b.反應混合物中各組份的質(zhì)量分數(shù)不變

c.單位時間內(nèi)每消耗1molN2的同時生成2molNH3

d.容器內(nèi)氣體密度不變

若第三組反應3h后已達平衡，第三組N2的轉(zhuǎn)化率為___________；第四組反應中以NH3表示的反應速率是__________________，與前三組相比，NH3生成量最小的原因可能是_________________。

（3）美國化學家發(fā)明一種新型催化劑可以在常溫下合成氨，將其附著在電池的正負極上實現(xiàn)氮的電化學固定，其裝置示意圖如下：

則開始階段正極反應式為_____________；忽略電解過程中溶液體積變化，當電池中陰極區(qū)溶液pH = 7時，溶液中NH3·H2O的濃度為___________( Kb=2×10-5mol·L-1)；當電池中陰極區(qū)呈紅色時，溶液中離子濃度由大到小的順序為_________________。

Answer 1

（1）硝酸鹽或NO3- （合理答案即給分1分） +1530kJ· mol-1（2分） K12/K23（2分） （2）bd（2 分）3×10-4%（2分） 3.33×10﹣7mol·（L·h）-1（2分）催化劑在80℃活性減小，反應速率反而減 慢（1分） （3）N2+8H++6e-= 2NH4+（2分）5×10-3mol·L-1（2分）c(NH4+)＞c(Cl－)＞c(OH－)＞c(H+)（2分）

【解析】

試題分析：（1）雷雨天氣中發(fā)生自然固氮反應是O2 +N22NO，生成的NO與空氣中的氧氣反應生成NO2，NO2溶于水轉(zhuǎn)變?yōu)镠NO3，所以氮元素轉(zhuǎn)化為最后硝酸鹽或NO3-而存在于土壤中；將②×2-③×3可得①，則△H =-92.4×2+571.6×3=+1530kJ· mol-1，根據(jù)三個式子的關系則K=K12/K23。（2）反應達到平衡狀態(tài)的兩個根本標志是：各物質(zhì)的濃度不再變化、同種物質(zhì)的消耗速率和生成速率相等。a.NH3和O2的物質(zhì)的量之比為4∶3，不能說明NH3和O2的濃度不再改變，錯； b.反應混合物中各組份的質(zhì)量分數(shù)不變，說明各物質(zhì)的質(zhì)量不變，濃度也就不變，對；c.不管在任何時候單位時間內(nèi)每消耗1molN2的同時生成2molNH3，不能判斷是否達到了平衡，錯；d. 由于H2O液態(tài)。反應沒有達到平衡，氣體的質(zhì)量會發(fā)生改變，如果容器內(nèi)氣體密度不變，說明氣體的消耗和生成速率相等，說明反應達到了平衡，對；選bd。根據(jù)方程式知道生成6.0×10﹣6mol的NH3要消耗3.0×10﹣6mol的N2，則N2的轉(zhuǎn)化率為：（3.0×10﹣6）/1 ×100%=3×10-4%。第四組反應中生成了2.0×10﹣6mol 的NH3，則以NH3表示的反應速率是2.0×10﹣6÷2L÷3h= 3.33×10﹣7mol·（L·h）-1，第四組反應溫度較高，反應時間相同但生成的NH3較少，最有可能是在該溫度下催化劑的催化效果降低了，使得反應變慢了。（3）正極反應的物質(zhì)得到電子化合價降低，所以N2在正極反應，由于是酸性介質(zhì)生成的NH3會轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4+，則電極反應為：N2 + 8H+ + 6e-= 2NH4+；由于鹽酸的濃度為1mol/L,當溶液為中性的時候c(NH4+)約為1mol/L，則c(NH3·H2O)= c(NH4+)·c(OH-)/ Kb = 10-7/(2×10-5 )= 5×10-3mol·L-1。當電池中陰極區(qū)呈紅色時溶液顯堿性，NH3·H2O較多，所以溶液中離子濃度由大到小的順序為c(NH4+)＞c(Cl－)＞c(OH－)＞c(H+)。

考點：反應熱的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷、反應速率的計算、電極反應的書寫、離子濃度的計算和大小比較。

考點分析： 考點1：化學反應與能量 考點2：化學平衡狀態(tài)及移動 考點3：原電池 試題屬性

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