Question

科學(xué)家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法．曾有報道：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和另一種常見氣體．進(jìn)一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系（其它條件均相同），部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表：

T/K	303	213	323
平衡時NH3的生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0

回答下列問題：
（1）寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（2）該反應(yīng)的焓變△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）請?jiān)诖痤}紙的坐標(biāo)圖中畫出上述反應(yīng)在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應(yīng)過程中體系能量變化示意圖，并進(jìn)行必要標(biāo)注．
（4）與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應(yīng)速率慢．請?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH₃
生成量的建議：

 

．
（5）已知：
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=-184.6kJ/mol

1

2

N₂（g）+2H₂（g）+

1

2

Cl₂（g）=NH₄Cl（s）△H=-313.6kJ/mol
①計算NH₃（g）+HCl（g）=NH₄Cl（s）的反應(yīng)焓變：△H=

 

．
②室溫下NH₃就和HCl能發(fā)生化合反應(yīng)生成NH₄Cl；而在加熱的條件下，NH₄Cl則能分解為NH₃和HCl．請用所學(xué)的化學(xué)原理解釋這一現(xiàn)象：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,反應(yīng)熱和焓變

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化

分析：（1）根據(jù)已知反應(yīng)物和生成物分析出另一種產(chǎn)物，再利用氧化還原配平法配平；
（2）圖表分析溫度升高，平衡狀態(tài)氨氣的物質(zhì)的量增大，說明升溫平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
（3）催化劑是通過降低反應(yīng)的活化能來加快化學(xué)反應(yīng)速率的；
（4）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素和影響平衡的因素來回答；
（5）①根據(jù)蓋斯定律來計算，②根據(jù)自發(fā)反應(yīng)的判斷方法分析．；

解答： 解：（1）已知反應(yīng)物是N₂和H₂O生成物有NH₃，N₂→NH₃用氮元素化合價降低，則氧元素化合價一定升高，所以另一種產(chǎn)物為氧氣，再根據(jù)氧化還原配平法配平方程式為：2N₂+6H₂O

催化劑  .

4NH_3⁺3O₂；
故答案為：2N₂+6H₂O

催化劑  .

4NH_3⁺3O₂；
（2）圖表分析溫度升高，平衡狀態(tài)氨氣的物質(zhì)的量增大，說明升溫平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H＞0；
故答案為：＞；
（3）①催化劑可降低反應(yīng)的活化能，但對這各反應(yīng)前后能量變化并不產(chǎn)生任何影響；
②該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以反應(yīng)物的總能量要低于生成物的總能量；
催化劑是通過降低反應(yīng)的活化能來加快化學(xué)反應(yīng)速率的，所以圖象為：，
故答案為：；

（4）可提高其反應(yīng)速率且增大NH₃生成量，增大速率，且平衡正移，根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素和影響平衡的因素可知，升高溫度，增大反應(yīng)物氮?dú)獾臐舛龋�能提高其反�?yīng)速率且平衡正移，不斷移出生成物脫離反應(yīng)體系；
故答案為：升高溫度，增大反應(yīng)物氮?dú)獾臐舛然虿粩嘁瞥錾�成物脫離反應(yīng)體系；
（5）①已知：
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g）△H=-184.6kJ/mol

1

2

N₂（g）+2H₂（g）+

1

2

Cl₂（g）═NH₄Cl（s）△H=-313.6kJ/mol；
把第一個和第二個方程除以2，反寫后相加，再與第三個方程相加，則△H=

1

2

×92.4kJ/mol+

1

2

×184.6kJ/mol+（-313.6kJ/mol）=-175.1 kJ/mol，
故答案為：-175.1 kJ/mol；
②根據(jù)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的綜合判據(jù)：△G=△H-T△S判斷，NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）是一個焓減、熵減的反應(yīng)，所以在低溫下能自發(fā)，在高溫（加熱條件）下不自發(fā)，而其逆反應(yīng)NH₄Cl的分解則在高溫下自發(fā)，
故答案為：NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）是一個焓減、熵減的反應(yīng)，在低溫下自發(fā)，在高溫（加熱條件）下不自發(fā)．而其逆反應(yīng)NH₄Cl的分解則在高溫下自發(fā)．

點(diǎn)評：本題考查學(xué)生化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率的有關(guān)知識，以及反應(yīng)方向的判斷，綜合性較強(qiáng)，難度中等．