Question

氮的固定有三種途徑：生物固氮、自然固氮和工業(yè)固氮。根據(jù)最新“人工固氮”的研究報道：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。進一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表(光照、N2壓力1.0×105 Pa、反應(yīng)時間1 h)：

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/(10－6 mol)	4.8	5.9	6.0	2.0

相應(yīng)的化學(xué)方程式：2N2(g)＋6H2O(l) 4NH3(g)＋3O2(g)ΔH＝a kJ·mol－1

回答下列問題：

(1)此合成反應(yīng)的a________0；ΔS________0，(填“＞”、“＜”或“＝”)

(2)已知：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92 .4 kJ·mol－1

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

則2N2(g)＋6H2O(l)===4NH3(g)＋3O2 (g)　ΔH＝________kJ·mol－1

(3)從323 K到353 K，氨氣的生成量減少的可能原因_________________；

(4)工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 .4 kJ·mol－1 ，分別研究在T1、T2和T3(T1<T2<T3)三種溫度下合成氨氣的規(guī)律。下圖是上述三種溫度下不同的H2和N2的起始組成比(起始時N2的物質(zhì)的量均為1 mol)與N2平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。請回答：

①在上述三種溫度中，曲線X對應(yīng)的溫度是________。

②a、b、c三點H2的轉(zhuǎn)化率最小的是________點、轉(zhuǎn)化率最大的是________點。

③在容積為1.0 L的密閉容器中充入0.30 mol N2(g)和0.80 mol H2(g)，反應(yīng)在一定條件下達到平衡時，NH3的物質(zhì)的量分數(shù)(NH3的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總的物質(zhì)的量之比)為4/7。該條件下反應(yīng)2NH3(g)  N2(g)＋3H2(g)的平衡常數(shù)為________ 。

 

Answer 1

⑴)＞ �。�

(2)＋1530 kJ·mol－1

(3)氨氣在高溫下被氧氣氧化(或：在較高溫度時催化劑活性降低，反應(yīng)還沒有達到平衡狀態(tài))

(4)①  T1�、赾 　b �、�5.0×10－3

【解析】(1)對于反應(yīng)2N2(g)＋6H2O(1)4NH3(g)＋3O2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1 ，溫度越高，生成的氨氣越多，則可逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，a為正值，該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，故ΔS＞0 ，(2) 可以用蓋斯定律計算(4)①在圖中畫一條與縱軸平行的線段交X、Y、Z。反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)為放熱反應(yīng)，溫度越高，N2(g)的轉(zhuǎn)化率越低，故曲線X對應(yīng)的溫度是T1

③　　　　　　　 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。

起始濃度(mol/L)    0.3   0.8           0

轉(zhuǎn)化濃度(mol/L)     x   3x           2x

平衡濃度(mol/L) 0.3－x  0.8－3x       2x

2x/( 0.3－x＋0.8－3x＋2x) ＝4/7　x ＝ 0.2        

2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常數(shù)