Question

合成氨是人类研究的重要课题，目前工业合成氨的原理为：
N₂（g）+3H₂（g）

高温高压

催化剂

2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1
（1）某温度下，在2L密闭容器中发生上述反应，测得数据如下

时间/h 物质的量/mol	0	1	2	3	4
N2	2.0	1.83	1.7	1.6	1.6
H2	6.0	5.49	5.1	4.8	4.8
NH3	0	0.34	0.6	0.8	0.8

①0～2h内，v（N₂）=

 

．
②平衡时，H₂的转化率为

 

；该温度下，反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数K=

 

．
③若保持温度和体积不变，起始投入的N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为a mol、b mol、c mol，达到平衡后，NH₃比的浓度与上表中相同的为

 

（填选项字母）．
A．a=1、b=3、c=0    B．a=4、b=12、c=0
C．a=0、b=0、c=4    D．a=1、b=3、c=2
（2）另据报道，常温、常压下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，生成NH₃和O₂．已知：H₂的燃烧热△H=-286kJ?mol^-1，则陵制NH₃反应的热化学方程式为

 

．
（3）采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H′），通过电解法也可合成氨，原理为：
N₂（g）+3H₂（g）

一定条件

通电

2NH₃（g）．在电解法合成氨的过程申，应将N₂不断地通入

 

极，该电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡建立的过程,热化学方程式,化学电源新型电池,等效平衡

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①依据图表数据，结合反应速率V=

△c

△t

计算v（N₂）的反应速率；
②依据化学平衡三段式列式计算转化率和平衡常数；
③达到平衡后，NH₃的浓度与上表中相同，说明费用达到相同的平衡状态，ABCD选项中转化为起始量后分别和表中的平衡对比分析判断；
（2）依据热化学方程式N₂（g）+3H₂（g）

催化剂 .

高温高压

2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1，书写氢气的燃烧热的热化学方程式为H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.6KJ/mol，结合盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（3）根据电解池反应原理判断氢气、氮气应该通入的电极，在阳极上，氢气失电子发生氧化反应，阴极上氮气得到电子发生还原反应，据此写出氮气发生的电极反应式．

解答： 解：（1）①图表数据中2h氮气的物质的量变化为2.0mol-1.7mol=0.3mol，0～2h内，v（N₂）=

2.0mol-1.7mol 2L

2h

=0.075mol?L^-1?h^-1；
故答案为：0.075 mol?L^-1?h^-1；
②3h反应达到平衡状态，依据化学平衡的三段式列式计算；反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数是反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常数的倒数；
               N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）  2.0     6.0        0
变化量（mol）  0.4     1.2       0.8
平衡量（mol） 1.6      4.8       0.8
氢气的转化率=

1.2mol

6.0mol

×100%=20%
平衡常数K=

( 0.8mol 2L )2

1.6mol 2L ×( 4.8mol 2L )3

=

2

138.24

；
反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数=

1

K

=

138.24

2

=69.12；
故答案为：20%，69.12；
③若保持温度和体积不变，起始投入的N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为a mol、b mol、c mol，达到平衡后，NH₃的浓度与上表中相同说明达到相同的平衡状态
                  N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
    起始量（mol）  2.0     6.0        0
A                  1       3         0     起始量是原来的一半，压强减小说明平衡逆向进行，氨气的浓度减小，故A不符合；
B                  4       12        0    起始量是原来的一倍，压强增大说明平衡正向进行，氨气的 浓度增大，故B不符合；
C                  0        0        4    转化为起始量为2mol氮气和6mol氢气，和表中起始量相同，达到相同平衡状态，故C符合；
D                  1        3       2    转化为起始量为为2mol氮气和6mol氢气，和表中起始量相同，达到相同平衡状态，故D符合；
                              
故答案为：C D；
（2）热化学方程式①N₂（g）+3H₂（g）

催化剂 .

高温高压

2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1，书写氢气的燃烧热的热化学方程式为②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.6KJ/mol，结合盖斯定律计算[①-②×3]×2得到所需热化学方程式；2 N₂（g）+6 H₂O （l）=4 NH₃（g）+3 O₂ （g）△H=+1530 kJ?mol^-1；
故答案为：2 N₂（g）+6 H₂O （l）=4 NH₃（g）+3 O₂ （g）△H=+1530 kJ?mol^-1；
（3）电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，所以氢气不断通入阳极；阴极通入氮气得到电子结合氢离子反应生成氨气，电极反应为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案为：阴，N₂+6 H⁺+6e^-=2NH₃；

点评：本题考查了化学平衡的计算、化学平衡常数的计算、影响化学平衡的因素，电解池原理的分析判断，题目难度中等，注意掌握影响化学平衡的因素、化学平衡常数的表达式、化学平衡中等效平衡的应用，试题培养了学生灵活应用所学知识的能力．