Question

（2008?广东）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．进一步研究NH₃生成量与温度的关系，部分实验数据见表（光照、N₂压力1.0×10⁵Pa、反应时间3h）：

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

相应的热化学方程式如下：N₂（g）+3H₂O（1）═2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H₁=+765.2kJ?mol^-1
回答下列问题：
（1）请在答题卡的坐标图中，画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注．
（2）与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢．请提出可提高其反应速率且增大NH₃生成量的建议：

适当增大压强、研究新催化剂

．
（3）工业合成氨的反应为N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）．设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60mol N₂（g）和1.60molH₂（g），反应在一定条件下达到平衡时，NH₃的物质的量分数（NH₃的物质的量与反应体系中总的物质的量之比）为

4

7

．计算
①该条件下N₂的平衡转化率；
②该条件下反应2NH₃（g）N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数．

Answer 1

分析：（1）催化剂是通过降低反应的活化能来加快化学反应速率的；
（2）根据影响化学反应速率的因素来回答；
（3）利用化学平衡“三行计算”来分析计算．

解答：解：（1）催化剂是通过降低反应的活化能来加快化学反应速率的，使用催化剂后，活化能降低，故答案为：；
（2）根据影响反应速率的因素：温度、浓度、压强、催化剂等外界因素，结合目前广泛使用的工业合成氨方法，可以采用增大压强的方法，此外还可以寻找高效的催化剂，
故答案为：适当增大压强、研究新催化剂；
（3）①设平衡时有x molN₂转化      N₂（g）+3H₂（g）） 2NH₃（g）
                   起始物质的量：0.6mol        1.6mol               0
                  变化的物质的量：x              3x               2x
                   平衡物质的量：（0.6-x）mol  （1.6-3x）mol      2x mol
则有：

2xmol

(2.2-2x)mol

=

4

7

    解得：x=0.4（mol） 
故N₂的平衡转化率：

0.4mol

0.6mol

=

2

3

②由①可知，N₂、H₂、NH₃平衡时的物质的量分别为：0.2mol、0.4mol、0.8mol，
在2.0L容器中浓度分别为：0.1mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L，
K=

c(N2)?c3(H2)

c2(NH3)

=

0.1mol/L×(0.2mol/L)3

(0.4mol/L)2

=5.0×10^-3mol²/L²，
答：该条件下N₂的平衡转化率为

2

3

；该条件下反应2NH₃（g）N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数为5.0×10^-3mol²/L²．

点评：本题考查学生化学平衡和化学反应速率的有关知识，综合性较强，难度较大．