Question

自然界里氮的固定途径之一是在闪电的作用下，N₂与O₂反应生成NO．
（1）在不同温度下，反应N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=a kJ?mol^-1的平衡常数K如下表：

温度/℃	1538	1760	2404
平衡常数K	0.86×10-4	2.6×10-4	64×10-4

①该反应的a

＞

 0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②其他条件相同时，在上述三个温度下分别发生该反应．
1538℃时，N₂的转化率随时间变化如图所示，请补充完成1760℃时N₂的转化率随时间变化的示意图．
（2）2404℃时，在容积为1.0L的密闭容器中通入2.6mol N₂和2.6mol O₂，计算反应N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）达到平衡时NO的浓度．（此温度下不考虑O₂与NO的反应．计算结果保留两位有效数字）
（3）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．相应的热化学方程式如下：
2N₂（g）+6H₂O（1）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530kJ?mol^-1
则氨催化氧化反应4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（1）的反应热△H=

（2a-1530）kJ?mol^-1

．（用含a的代数式表示）
（4）最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）实现氮的固定--氨的电解法合成，大大提高了氮气和氢气的转化率．总反应式为：N₂+3H₂?2NH₃．则在电解法合成氨的过程中，应将H₂不断地通入

阳

极（填“正”、“负”、“阴”或“阳”）；在另一电极通入N₂，该电极反应式为

N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃

．

Answer 1

分析：（1）①依据温度不同平衡常数的变化，判断升温化学平衡移动方向判断反应的吸热放热；②依据温度升高达到平衡所需要时间减小，氮气转化率增大；画出图象变化；
（2）依据2404℃时的平衡常数，结合化学平衡的三段式列式计算；
（3）依据盖斯定律结合热化学方程式计算得到；
（4）电解原理是阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；

解答：解：（1）①化学平衡常数随温度升高增大，说明升温平衡正向进行，正反应方向是吸热反应，△H＞0，a＞0；
②1760℃时N₂的转化率随时间变化的示意图．温度升高达到平衡所需要时间减小，氮气转化率增大，图象为：
故答案为：＞；
（2）2404℃时，在容积为1.0L的密闭容器中通入2.6mol N₂和2.6mol O₂，计算反应N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）；依据化学平衡的三段式计算列式计算，设达到平衡时NO的浓度为X．
                 N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
起始量（mol）   2.6     2.6       0
变化量（mol）    x       x        2x
平衡量（mol）  2.6-x    2.6-x    2x
平衡浓度为[N2]=（2.6-x）mol/L，[O₂]=（2.6-x）mol/L，[NO]=2x mol/L；
2404℃时化学平衡常数K=64×10^-4
K=

[NO]2

[N2][O2]

=

(2x)2

(2.6-x)2

=64×10^-4
解得x=0.1mol，平衡时NO的浓度0.1mol/L；
故答案为：0.1mol/L
（3）①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=a kJ?mol^-1    
②2N₂（g）+6H₂O（1）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530kJ?mol^-1
依据盖斯定律得到：①×2-②
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（1））△H=（2a-1530）kJ?mol^-1
故答案为：（2a-1530）kJ?mol^-1
（4）总反应式为：N₂+3H₂?2NH₃．则在电解法合成氨的过程中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；所以应将H₂不断地通入阳极；在阴极通入N₂发生的电极反应为：阴极得电子发生还原反应：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案为：阳；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃

点评：本题考查了化学平衡常数的含义理解，平衡常数的计算，化学平衡影响因素的判断，图象分析曲线画出的意义，依据盖斯定律书写热化学方程式的方法，化学平衡的计算应用，电解池的原理应用，综合性较强．