Question

合成氨是人類(lèi)研究的重要課題，目前工業(yè)合成氨的原理為：
N₂（g）+3H₂（g）

高溫高壓

催化劑

2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1
（1）某溫度下，在2L密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得數(shù)據(jù)如下

時(shí)間/h 物質(zhì)的量/mol	0	1	2	3	4
N2	2.0	1.83	1.7	1.6	1.6
H2	6.0	5.49	5.1	4.8	4.8
NH3	0	0.34	0.6	0.8	0.8

①0～2h內(nèi)，v（N₂）=

 

．
②平衡時(shí)，H₂的轉(zhuǎn)化率為

 

；該溫度下，反應(yīng)2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)K=

 

．
③若保持溫度和體積不變，起始投入的N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為a mol、b mol、c mol，達(dá)到平衡后，NH₃比的濃度與上表中相同的為

 

（填選項(xiàng)字母）．
A．a(chǎn)=1、b=3、c=0    B．a(chǎn)=4、b=12、c=0
C．a(chǎn)=0、b=0、c=4    D．a(chǎn)=1、b=3、c=2
（2）另?yè)?jù)報(bào)道，常溫、常壓下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應(yīng)，生成NH₃和O₂．已知：H₂的燃燒熱△H=-286kJ?mol^-1，則陵制NH₃反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

 

．
（3）采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H′），通過(guò)電解法也可合成氨，原理為：
N₂（g）+3H₂（g）

一定條件

通電

2NH₃（g）．在電解法合成氨的過(guò)程申，應(yīng)將N₂不斷地通入

 

極，該電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡建立的過(guò)程,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,等效平衡

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：（1）①依據(jù)圖表數(shù)據(jù)，結(jié)合反應(yīng)速率V=

△c

△t

計(jì)算v（N₂）的反應(yīng)速率；
②依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)；
③達(dá)到平衡后，NH₃的濃度與上表中相同，說(shuō)明費(fèi)用達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，ABCD選項(xiàng)中轉(zhuǎn)化為起始量后分別和表中的平衡對(duì)比分析判斷；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式N₂（g）+3H₂（g）

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1，書(shū)寫(xiě)氫氣的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.6KJ/mol，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)電解池反應(yīng)原理判斷氫氣、氮?dú)鈶?yīng)該通入的電極，在陽(yáng)極上，氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上氮?dú)獾玫诫娮影l(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此寫(xiě)出氮?dú)獍l(fā)生的電極反應(yīng)式．

解答： 解：（1）①圖表數(shù)據(jù)中2h氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量變化為2.0mol-1.7mol=0.3mol，0～2h內(nèi)，v（N₂）=

2.0mol-1.7mol 2L

2h

=0.075mol?L^-1?h^-1；
故答案為：0.075 mol?L^-1?h^-1；
②3h反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計(jì)算；反應(yīng)2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)是反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)的倒數(shù)；
               N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）  2.0     6.0        0
變化量（mol）  0.4     1.2       0.8
平衡量（mol） 1.6      4.8       0.8
氫氣的轉(zhuǎn)化率=

1.2mol

6.0mol

×100%=20%
平衡常數(shù)K=

( 0.8mol 2L )2

1.6mol 2L ×( 4.8mol 2L )3

=

2

138.24

；
反應(yīng)2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)=

1

K

=

138.24

2

=69.12；
故答案為：20%，69.12；
③若保持溫度和體積不變，起始投入的N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為a mol、b mol、c mol，達(dá)到平衡后，NH₃的濃度與上表中相同說(shuō)明達(dá)到相同的平衡狀態(tài)
                  N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
    起始量（mol）  2.0     6.0        0
A                  1       3         0     起始量是原來(lái)的一半，壓強(qiáng)減小說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，氨氣的濃度減小，故A不符合；
B                  4       12        0    起始量是原來(lái)的一倍，壓強(qiáng)增大說(shuō)明平衡正向進(jìn)行，氨氣的 濃度增大，故B不符合；
C                  0        0        4    轉(zhuǎn)化為起始量為2mol氮?dú)夂?mol氫氣，和表中起始量相同，達(dá)到相同平衡狀態(tài)，故C符合；
D                  1        3       2    轉(zhuǎn)化為起始量為為2mol氮?dú)夂?mol氫氣，和表中起始量相同，達(dá)到相同平衡狀態(tài)，故D符合；
                              
故答案為：C D；
（2）熱化學(xué)方程式①N₂（g）+3H₂（g）

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1，書(shū)寫(xiě)氫氣的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.6KJ/mol，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算[①-②×3]×2得到所需熱化學(xué)方程式；2 N₂（g）+6 H₂O （l）=4 NH₃（g）+3 O₂ （g）△H=+1530 kJ?mol^-1；
故答案為：2 N₂（g）+6 H₂O （l）=4 NH₃（g）+3 O₂ （g）△H=+1530 kJ?mol^-1；
（3）電解池的陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，所以氫氣不斷通入陽(yáng)極；陰極通入氮?dú)獾玫诫娮咏Y(jié)合氫離子反應(yīng)生成氨氣，電極反應(yīng)為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案為：陰，N₂+6 H⁺+6e^-=2NH₃；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、影響化學(xué)平衡的因素，電解池原理的分析判斷，題目難度中等，注意掌握影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式、化學(xué)平衡中等效平衡的應(yīng)用，試題培養(yǎng)了學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．