Question

【題目】氮的固定對人類的生存發(fā)展具有重要意義，科學家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。

（1）豆科植物的根瘤菌含有一種固氮酶，能在常溫下將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為自身生長所需的含氮化合物，下列說法錯誤的是____(填標號)。

a．固氮酶是一種蛋白質(zhì)

b．固氮酶能降低固氮反應(yīng)發(fā)生所需的能量

c．固氮酶能使固氮反應(yīng)的平衡正向移動

d．固氮酶能加快固氮反應(yīng)的速率

（2）合成氨是目前最重要的固氮方法。下圖為合成氨反應(yīng)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)在不同溫度和壓強、使用相同催化劑條件下，初始時氮氣、氫氣的體積之比為1∶3時，平衡混合物中氨的體積分數(shù)的變化曲線。

①A、B兩平衡狀態(tài)相比較，前者較大的是____(填標號)。

a．平衡常數(shù)

b．平衡混合物的平均摩爾質(zhì)量

c．氫氣的轉(zhuǎn)化率

d．從反應(yīng)開始至達到平衡狀態(tài)所需要的時間

②圖中p1、p2、p3由大到小的順序為____。

③在250 ℃、p2下，H2的轉(zhuǎn)化率為____%(結(jié)果保留小數(shù)點后一位)。

（3）據(jù)報道：在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑(摻有少量Fe2O3的TiO2)表面與水發(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH3和一種單質(zhì)。已知：

①H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH1＝－285.6 kJ/mol

②N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH2＝－92.2 kJ/mol

寫出此條件下氮氣和水反應(yīng)的熱化學方程式：___。

（4）下圖為一種常溫常壓下水溶液中電化學合成氨的實驗裝置示意圖。請據(jù)此寫出其正極反應(yīng)的電極反應(yīng)式：__。

Answer 1

【答案】 c ad p1>p2>p3 66.7 2N2(g)＋6H2O(l)===4NH3(g)＋3O2(g) ΔH＝＋1529.2kJ/mol_ N2＋6e－＋6H2O=2NH3＋6OH－(或N2＋6e-＋6H＋=2NH3)

【解析】(1)a．酶都屬于蛋白質(zhì)，所以固氮酶是一種蛋白質(zhì)，故a正確；b．固氮酶起到了催化劑的作用，所以固氮酶能降低固氮反應(yīng)發(fā)生所需的能量，使反應(yīng)在常溫下就可以進行，故b正確；c．催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能影響化學平衡，所以固氮酶不能使固氮反應(yīng)的平衡正向移動，故c錯誤；d．催化劑能夠加快反應(yīng)速率，所以固氮酶能加快固氮反應(yīng)的速率，故d正確；故答案為：c；

(2)①a．平衡常數(shù)只受溫度影響，根據(jù)圖像可知，A點的溫度小于B，合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向著逆向移動，平衡常數(shù)減小，所以A的平衡常數(shù)大于B，故A正確；b．A、B都處于平衡狀態(tài)時，氨氣的體積分數(shù)相等，則氮氣和氫氣的體積分數(shù)也相等，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量：A=B，故B錯誤；c．氫氣的轉(zhuǎn)化率：由于A、B達到平衡狀態(tài)時各組分的含量完全相同，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率：A=B，故c錯誤；d．B的壓強、溫度都大于A，則B的反應(yīng)速率大于A，所以B優(yōu)先達到平衡狀態(tài)，即從反應(yīng)開始至達平衡狀態(tài)所需要的時間：A＞B，故d正確；故答案為：ad；

②相同溫度下，壓強增大，平衡正向移動，氨氣的體積分數(shù)增大，氨氣的體積分數(shù)關(guān)系為：p1＞p2＞p3，則壓強大小為：p1＞p2＞p3，故答案為：p1＞p2＞p3，

③在250℃、1.0×104kPa下，初始時氮氣、氫氣的體積比為1：3，氨氣的體積分數(shù)為50%，設(shè)氮氣的轉(zhuǎn)化率為x，則

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

開始 1 3 0

轉(zhuǎn)化 x 3x 2x

平衡 1-x 3-3x 2x

所以=50%，解得x=，則氫氣的轉(zhuǎn)化率為： ×100%≈66.7%，故答案為：66.7；

(3)①H2(g)+ O2(g)═H2O(1)△Hl═-285.6kJ/mol②N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H2═-92.2kJ/mol，

氮氣與水反應(yīng)的化學方程式為：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)，

根據(jù)蓋斯定律，②×2-①×6可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=2△H2-6△Hl═+1529.2kJ/mol，故答案為：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=+1529.2kJ/mol；

(4)根據(jù)圖示可知，正極上氮氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氨氣，電極反應(yīng)式為：N2+6e-+6H2O=2NH3+6OH-，故答案為：N2+6e-+6H2O=2NH3+6OH-。