Question

【题目】科学家一直致力于“人工固氮”的研究，现已有多种方法。

（方法一）1918年，德国化学家哈伯因发明工业合成氨（N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H<0）的方法而荣获诺贝尔化学奖。

（1）若将1molN2和3molH2放入1L的密闭容器中，5min后N2的浓度为0.8mol/L，这段时间内用N2的浓度变化表示的反应速率为_____mol/(L·min)。

（2）在一定温度下的定容密闭容器中发生上述反应，下列叙述能说明反应已经达到平衡状态的是____。

a. v(N2)正=3v(H2)逆

b. 容器中气体的密度不随时间而变化

c. 容器中气体的分子总数不随时间而变化

d. 容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化

（3）合成氨反应的生产条件选择中，能用勒夏特列原理解释的是________。

①使用催化剂 ②高温 ③高压 ④及时将氨气液化从体系中分离出来

A. ①③ B. ②③ C. ③④ D. ②④

（方法二）1998年，两位希腊化学家提出了电解合成氨的新思路：

（4）采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)为介质，实现了高温(570℃)常压下高转化率的电解法合成氨，转化率可达到78％，装置如下图：

钯电极A是电解池的___极(填“阳”或“阴”)，阳极反应式为________。

（方法三）最新的“人工固氮”研究报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂表面与水发生反应，直接生成氨气和氧气：

已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=－92 kJ／mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H=－571.6 kJ／mol

（5）写出上述固氮反应的热化学方程式___________。

Answer 1

【答案】0.04 c d C 阴 H2－2e－=2H+ 2N2(g)+6H2O(I)=4NH3(g)+3O2(g) △H=+1530.8kJ/mol

【解析】

（1）根据计算用N2的浓度变化表示的反应速率；

（2）根据平衡状态标志判断；

（3）勒夏特列原理适合解释平衡移动；

（4）原电池中氮气在正极上得到电子发生还原反应，氢气在负极上失电子发生氧化反应。

（5）根据盖斯定律计算2N2(g)+6H2O(I)=4NH3(g)+3O2(g)的焓变；

（1）若将1molN2和3molH2放入1L的密闭容器中，5min后N2的浓度为0.8mol/L，0.04 mol/(L·min)

（2）a. 正逆反应速率之比等于系数比，反应达到平衡，所以3v(N2)正=v(H2)逆达到平衡，故不选a；

b. N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在恒容容器中进行，密度是恒量；容器中气体的密度不随时间而变化，不一定平衡，故不选b；

c. N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反应过程中气体分子数是变量，若容器中气体的分子总数不随时间而变化，一定平衡，故选c；

d. 根据 ，容器中气体的平均相对分子质量是变量，若容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化，一定平衡，故选d。

（3）①催化剂不能使平衡移动，不能用勒夏特列原理解释，故不选①； ②N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H<0，升高温度，平衡逆向移动，不利于氨气的生成，不能用勒夏特列原理解释，故不选②； ③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，增大压强，平衡正向移动，利于氨气的生成，能用勒夏特列原理解释，故选③；④及时将氨气液化从体系中分离出来，平衡正向移动，利于氨气的生成，能用勒夏特列原理解释，故选④；故C正确。

（4）根据图示，B电极是氢气失电子生成氢离子，所以B是阳极，A是阴极；阳极电极反应式是H2－2e－=2H+；

（5）①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=－92 kJ／mol

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H=－571.6 kJ／mol

根据盖斯定律①×2－②×3得 2N2(g)+6H2O(I)=4NH3(g)+3O2(g) △H=+1530.8kJ/mol