Question

【題目】經(jīng)過德國化學(xué)家哈伯、波施等的不懈努力，成功地開發(fā)了合成氨的生產(chǎn)工藝。如今 世界各國科學(xué)家為提高氨的產(chǎn)量，降低能耗做著各種有益的探索。試回答下列問題：

(1)已知NH3(l)NH3(g) △H1；N2(g)+3H2(g)2NH3(l) △H2 。則反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 的△H=_______(用含 △H1、△H2的代數(shù)式表示)

(2)①在一定條件下，分別將 1mol N2和3mol H2置于恒壓容器Ⅰ和恒容容器Ⅱ中 兩容器起始容積相同充分反應(yīng)，二者均達到平衡狀態(tài)，則兩容器中NH3 的體積分數(shù)是Ⅰ_______Ⅱ(填“＞”、“＜”或“=” 。)

②上述容積恒定的密閉容器中，達化學(xué)平衡狀態(tài)時， 若NH3 的體積分數(shù)為10% ，若保持其他條 件不變，起始時改為充入2 mol N2和2molH2，達新平衡后，NH3的體積分數(shù)為_______10%填(“＞”、“＜”或“=”)。

(3)哈伯因證實 N2、H2 在固體催化劑(Fe)表面吸附和解吸以合成氨的過程而獲諾貝爾獎。若用分別表示 N2、H2、NH3 和固體催化劑，則在固體催化劑表面合成氨的過程可用如圖表示：

①吸附后，能量狀態(tài)最低的是___________填字母序號)。

②由上述原理，在鐵表面進行 NH3 的分解實驗，發(fā)現(xiàn)分解速率與濃度關(guān)系如圖。從吸附和解吸過程分析，c0前速率增加的原因可能是_________________________；c0 后速率降低的原因可能是___________________。

(4)已知液氨中存在：2NH3(l)NH2－+NH4+。用 Pt 電極對液氨進行電解也可產(chǎn)生 H2和 N2。陰極的電極反應(yīng)式是_______。

Answer 1

【答案】 ＞ ＜ C 氨的濃度增加，催化劑表面吸附的氨分子增多，速率增大 達到一定濃度后，氨分子濃度太大阻礙N2和H2的解吸 2NH3 + 2e－= H2 + 2NH2－

【解析】

(1)已知①NH3(l)NH3(g) △H1，

②N2(g)+3H2(g)2NH3(l) △H2，

根據(jù)蓋斯定律可知2×①+②可得反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=2△H1+△H2；

(2)①已知N2+3H22NH3，該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)， 所以在恒壓容器相當于恒容容器加壓，平衡正向移動，所以恒壓容器Ⅰ中NH3的體積分數(shù)大于恒容容器Ⅱ；

②對于可逆反應(yīng)，當反應(yīng)物的投料比等于方程式中計量數(shù)之比時，生成物中氣體的體積分數(shù)占比最大，則當1mol N2和3mol H2置于恒容容器中反應(yīng)時，氨氣的體積占比最大，根據(jù)題目可知此時NH3 的體積分數(shù)為10%，所以保持其他條件不變，起始時改為充入2 mol N2和2molH2，達新平衡后，NH3的體積分數(shù)小于10%；

(3)①由于化學(xué)鍵的斷裂要吸收能量，故活化狀態(tài)B的能量高于初始狀態(tài)A的能量，而此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故初始狀態(tài)A的能量高于末態(tài)C的能量，故C的能量最低；

②c0前氨的濃度增加，催化劑表面吸附的氨分子增多，導(dǎo)致反應(yīng)速率加快，c0后由于氨分子濃度太大阻礙氮氣和氫氣的解吸，故反應(yīng)速率減慢；

(4)電解池中陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，該電解池中陰極上液氨或銨根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為2NH3+2e-=H2+2NH2- 。