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=-92.4kJ/mol，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：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），5分钟后达到平衡，测得N₂为0.2mol，H₂为0.6mol，NH₃为0.2mol．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=akJ/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 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素,电解原理

专题：化学平衡专题

分析：（1）①催化剂降低反应的活化能；
②依据化学平衡的三段式列式计算平衡量；依据化学反应速率和转化率概念计算结果；
③根据影响化学平衡的影响条件分析判断，平衡向正向进行，增大另一种物质的浓度会提高氢气转化率；
（2）电解池的阴极发生得电子的还原反应；
（3）根据温度对化学平衡移动方向的影响来判断反应的吸放热情况．

解答： 解：（1）①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，降低了反应的活化能，依据图示方向可知E₂减小，故答案为：减小；
②将一定量的N₂（g）和H₂（g）放入2L的密闭容器中，在500℃、2×10⁷Pa下发生反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）5分钟后达到平衡，测得N₂为0.2mol，H₂为0.6mol，NH₃为0.2mol．
依据化学平衡的三段式列式计算：起始量=平衡量+变化量
               N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mmol） 0.3      0.9        0    
变化量（mol） 0.1      0.3        0.2
平衡量（mol） 0.2      0.6         0.2
氮气的平均反应速率v（N₂）=

0.1mol 2L

5min

=0.01mol/L?min；
H₂的转化率=

0.3mol

0.9mol

×100%=33.3%，
K=

( 0.2 2 )2

0.2 2 ?( 0.6 2 )3

=3.7 L²/mol²，
故答案为：0.01mol?L^-1?min^-1；33.3%；3.7 L²/mol²；
③A、向容器中按原比例再充入原料气，相当于增大容器内的压强，平衡正向进行，提高氢气的转化率，故A正确；
B、向容器中再充入惰性气体，则各组分的浓度不变，平衡不移动，所以反应物的转化率不会改变，故B错误；
C、改变反应的催化剂，不改变化学平衡，不能提高氢气转化率，故C错误；
D、液化生成物分离出氨，减少生成物，平衡正向进行，提高氢气转化率，故D正确；
故选AD；
（2）电解池的阴极发生得电子的还原反应，在合成氨中，氮气得电子，所以阴极反应为N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（3）温度对化学平衡移动方向的影响是：温度越高，氨气的量越大，所以升高温度，平衡向右进行，反应是吸热反应，故答案为：大于．

点评：本题考查学有关电化学以及化学平衡的有关计算、化学平衡移动原理等知识，考查角度广，难度大．