Question

氨气在工农业生产和国防科技中有着重要应用，科研工作者对其进行者广泛研究。回答：

(1)某课题组实现了在常湿常压下,以氮气和液态水为原料制备氨气同时有氧气生成。

已知，在一定温度和压强下，由最稳定的单质生成1mol纯物质的热效应，称为该物质的生成热(△H)。常温常压下、相关物质的生成热如下表所示:

物质	NH3(s)	H20(1)
△H/ kJ·mo1^-1	-46	-242

上述合成氨反应的热化学方程式为______________________。

(2)利用生物电池，以H₂、N₂为原料合成氨的装置如下图所示。

Q、R均为催化剂，据到示判断，负极反应的催化剂为___(填“Q”或“R”)；正极的电极反应式为_______________。

(3)氨气是工业制硝酸的主要原料之一，催化氧化步骤中发生的主要反应如下：

I.4NH₃(g)+5O₂(g)4NO(g)+6H₂O(g)△H=-906kJ/mol

II.4NH₃(g)+3O₂(g)2N₂(g)+ 6H₂O(g)△H=-126kJ/mol

将固定比例NH₃和O₂的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器，反应产率与温度的关系如图1所示。

①催化氧化步骤中，最适宜的温度为____(填“T₁”或“T₂”)。

②低于T₁℃时，NO的产率较低的原因为_____。

③高于T₂℃时，NO的产率降低的可能原因为_____(填选项字母)

A.催化剂活性降低  B.平衡常数减小  C.反应活化能增大  D.氨气溶于水

④T₂℃(T₁>T₂)时，向20L恒容密闭容器中充入2molNH₃和2.75mo1O₂，发生反应I.反应过程中各物质的物质的量的随时间(t)变化关系如图2所示。T₂℃时，该反应的平衡常数K=_____；5min时，改变了某一外界条件，所改变的条件可能为__________。

Answer

2N2(g) +6H2O(1) = 3O2(g) +4NH3(g) △H=+1268kJ/mol Q N2+ 6H++6e-=2NH3 T2 温度较低时，反应速率慢，同时部分反应物生成N2 AB 0.075 升高温度或缩小容器容积

【解析】(1)由①N2+3H2=2NH3(g)此时热效应是（-46）kJ/mol；②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)此时的热效应（-242）kJ/mol；①合成氨反应的热化学方程式为2N2(g)+6H2O(1)=3O2(g)+4NH3(g) △H=+1268kJ/mol

（2）根据原电池工作原理负极上失去电子，化合价升高，所以通氢气的一端为负极，根据装置图Q为催化剂，通氮气一极为正极，根据工作原理正极反应式为：N2+ 6H++6e-=2NH3。

(3) ①制硝酸用NH3和氧气反应生成NO，NO与O2反应生成NO2, NO2与水反应生成硝酸。T2时NO的产率最高，因此最适宜的温度是T2，

②低于T1℃时，反应速率慢，同时部分反应物转化为N2造成NO的产率较低。

③A.催化剂活性受温度影响，在一定温度时催化剂催化效率最高，超过此温度催化剂的活性降低了，故A正确； B.根据反应方程式生成NO是放热反应，升高温度，平衡逆向进行，平衡常数减小，故B正确；C.活化能的大小不影响平衡移动，故C错误； D.这里的水为气态，所以氨气溶于水是错的。答案：A B 。

根据图2,4min时达到平衡，c(NH3)=c(NO)=1/20mol.L-1,c(O2)=C(H2O)-1.5/20 mol.L-1,根据化学平衡表达式代入数据计算得K= 0.075

如果5min时氨气和氧气的物质的量增大，NO和H2O（g）的物质的量减小，说明改变这一条件平衡向逆反应方向移动，因为I.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H=-906kJ/mol为放热反应，也是气体体积增大的反应，所以可能是升高温度或缩小容器容积。如果5min时氨气和氧气的物质的量减小，NO和H2O（g）的物质的量增大，说明改变这一条件平衡向正反应方向移动，所以可能是降低温度或增大容器容积了。