Question

科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究。

（1）目前合成氨的技术原理为：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)   △H 该反应的能量变化如图所示。

①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E₂的变化是：______________。（填“增大”、“减小”或“不变”）。

②将一定量的N₂(g)和H₂(g)放入2L的密闭容器中，在500℃、2×10⁷Pa下发生如下反应：

5分钟后达到平衡，测得N₂为0.2 mol，H₂为0.6 mol，NH₃为0.2 mol。氮气的平均反应速率v(N₂)＝_______________，H₂的转化率为_______________，该反应在此温度下的化学平衡常数为_______________。（后两空保留小数点后一位）

③欲提高②容器中H₂的转化率，下列措施可行的是____________。

A．向容器中按原比例再充入原料气

B．向容器中再充入惰性气体

C．改变反应的催化剂

D．液化生成物分离出氨

（2）1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传导H⁺），从而实现了高转化率的电解法合成氨。其实验装置如图所示。阴极的电极反应式为_____________________。

（3）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃和TiO₂）表面与水发生下列反应：

2N₂(g) +6H₂O(l) 4NH₃(g) +3O₂(g)    △H = a kJ/mol

进一步研究NH₃生成量与温度关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下：

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

此合成反应的a_________0。（填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer

减小0.01mol·L－1·min－133.3%3.7 L2/mol2A DN2 + 6H+ + 6e－ = 2NH3大于

【解析】

试题分析：（1）①加入催化剂，降低反应的活化能；

②根据三段式计算；

③根据外界条件对平衡状态的影响分析；

（2）阴极氮气发生得到电子的还原反应；

（3）根据温度与生成物的量之间的关系判断。

解析：（1）①加入催化剂，降低反应的活化能，则E1和E2都减小；

②

起始浓度（mol/L） 0.15 0.45 0

转化浓度（mol/L） 0.05 0.15 0.1

平衡浓度（mol/L） 0.1 0.3 0.1

所以氮气的平均反应速率v(N2)＝0.05mol/L÷5min＝0.01mol/(L·min)；H2的转化率为；该反应在此温度下的化学平衡常数为；

③A．向容器中按原比例再充入原料气相当于增大压强，平衡向正反应方向进行，转化率提高，A正确；B．向容器中再充入惰性气体浓度不变，平衡不移动，转化率不变，B错误；C．改变反应的催化剂不能改变平衡状态，转化率不变，C错误；D．液化生成物分离出氨，降低生成物浓度，平衡向正反应方向进行，转化率提高，D正确；答案选AD。

（2）电解池的阴极得到电子，则氮气在阴极得到电子，发生还原反应转化为氨气，电极反应式为N2 + 6H+ + 6e－＝2NH3。

（3）根据表中数据可知升高温度氨气含量增加，说明升高温度平衡向正反应方向进行，正反应是吸热反应，则a＞0。