Question

合成氨對人類社會發(fā)展具有重要意義，結(jié)合有關(guān)合成氨信息，請按要求回答下列問題．
I．最近一些科學(xué)家研究采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）實驗電解法合成氨，大大提高了氮氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率．總反應(yīng)式為：N₂+3H₂

SCY陶瓷

一定條件

2NH₃．則在電解法合成氨的過程中，應(yīng)將不斷地通入

 

極（填“陰”或“陽”）：向另一電極通入N₂，該電極的反應(yīng)式為

 

．
Ⅱ．據(jù)報道，在一定條件下，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)：
2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H═+1266kJ/mol
（1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為

 

．
（2）若上述反應(yīng)在有催化劑的情況下發(fā)生，則如圖所示的a、b、c、d四條曲線中，能表示反應(yīng)體系能量變化的是

 

（填字母代號）．

（3）該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行

 

．
Ⅲ．目前工業(yè)合成氨的原理為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-93.0kJ/mol
（1）結(jié)合Ⅱ中的數(shù)據(jù)，則2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H═

 

．
（2）在一定溫度下，將1mol N₂和3mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質(zhì)的量為2.8mol．
①達(dá)平衡時，H₂的轉(zhuǎn)化率a₁=

 

．
②在相同條件下，若起始時只將NH₃置于該容器中，達(dá)到平衡狀態(tài)時NH₃的轉(zhuǎn)化率為a₂，當(dāng)a₁+a₂=1時，則起始時NH₃的物質(zhì)的量n（NH₃）=

 

 mol．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,反應(yīng)熱和焓變,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡建立的過程

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ、依據(jù)電解原理分析，陽極是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極是得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)的方程式中元素化合價變化判斷得到，電極名稱和電極反應(yīng)；
Ⅱ、（1）平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積；
（2）反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，應(yīng)從c、d曲線中找答案，使用催化劑可以降低反應(yīng)的活化能；
（3）依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)和反應(yīng)特征分析；
Ⅲ、（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算所需讓化學(xué)方程式；
（2）①根據(jù)差量法求出參加反應(yīng)的H₂，然后求出轉(zhuǎn)化率；
②根據(jù)題意可以判斷出是從正逆兩個方向建立的平衡，由此推斷出起始時NH₃的物質(zhì)的量為2mol．

解答： 解：Ⅰ、電解池的陽極發(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極；陰極氮氣得到電子結(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：陽；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
Ⅱ、（1）2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），平衡常數(shù)K=

c3(O2)c4(NH3)

c2(N2)c6(H2O)

，
故答案為：

c3(O2)c4(NH3)

c2(N2)c6(H2O)

；
（2）反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，應(yīng)從c、d曲線中找答案，使用催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，因此應(yīng)該選d，
故答案為：d；
（3）2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），反應(yīng)是氣體體積減小的吸熱反應(yīng)，△H＞0，△S＜0，則△H-T△S＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：不能；
Ⅲ、（1）①2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H═+1266kJ/mol，
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-93.0kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律計算（②×2-①）÷3得到：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H═-484.0KJ/mol；
故答案為：-484.0KJ/mol；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△n
      1       3         2        2
             1.8mol          （4-2.8）mol
 H₂的轉(zhuǎn)化率α₁為轉(zhuǎn)化率為

1.8mol

3mol

×100%=60%；
故答案為：60%；
②根據(jù)題意可以判斷出是從正逆兩個方向建立的平衡，由此推斷出起始時NH₃的物質(zhì)的量為2mol，所以起始時NH₃的物質(zhì)的量2mol，故答案為：2．

點評：本題以合成氨為載體來考查化學(xué)反應(yīng)原理中的電化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)的限度（平衡態(tài)的建立、轉(zhuǎn)化率、化學(xué)平衡與反應(yīng)熱），難度中等．