Question

（8分）科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂(掺有少量Fe₂O₃的TiO₂)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH₃。进一步研究NH₃生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、N₂、压强1.0×10⁵ Pa、反应时间3 h)：

T/℃	30	40	50	60
NH3生成量/10^－6 mol	4.8	5.9	6.0	6.1

相应的热化学方程式：N₂(g)＋3H₂O(l) 2NH₃(g)＋O₂(g)  ΔH＝＋765.2 kJ·mol^－1

回答下列问题：

（1）请画出上述反应N₂(g)＋3H₂O(l) 2NH₃(g)＋O₂(g)  ΔH＝＋765.2 kJ·mol^－1

在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化的示意图，并进行必要标注。

（2）与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH₃生成量的建议：___________________________。

（3）工业合成氨的反应为N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N₂(g)和1.60 mol H₂(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH₃的物质的量分数为。

①该条件下N₂的平衡转化率为___________

②该条件下反应2NH₃(g) N₂(g)＋3H₂(g)的平衡常数为_____________

Answer

（1）；（2）升温、增大N2浓度；

（3）①66.7%； ②5.0×10－3。

【解析】

试题分析：（1）加入催化剂，可以反应的活化能，使反应速率大大加快，但是反应热不变，因此可以用图像表示为：

（2）与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法固氮反应速率慢。可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议：如升高温度、增大反应物的浓度等。

（3）①在反应开始时n(N2)=0.60mol；n(H2)=1.60mol，n(NH3)=0，当反应达到平衡时，假设反应消耗N2的物质的量是x，则反应消耗H2的物质的量是3x，产生NH3的物质的量是2x，平衡时N2的物质的量是n(N2)= (0.60-x) mol，n(H2)=(1.60-3x)mol，n(NH3)=2xmol。2x÷[(0.60-x)+ (1.60-3x)+ 2x]=。解得x=0.4mol。所以该条件下N2的平衡转化率为(0.4mol÷0.60mol)×100％=66.7%。

②平衡时各种物质的浓度是c(N2) =0.2mol÷2L=0.1mol/L；c(H2)=0.4mol÷2L=0.2mol/L；c(NH3)=0.8mol÷2L=0.4mol/L，则该条件下反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为。

考点：考查催化剂对化学反应的影响、影响化学反应速率的因素、化学平衡常数的计算及物质的平衡转化率的计算的知识。