Question

氮的固定有三种途径：生物固氮、自然固氮和工业固氮．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，部分实验数据见下表（光照、N₂压力1.0×10⁵Pa、反应时间1h）：

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

相应的化学方程式：2N₂（g）+6H₂O（l）═4NH₃（g）+3O₂（g）△H=a kJ?mol^-1
回答下列问题：
（1）此合成反应的a

 

0；△S

 

0，（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
则2N₂（g）+6H₂O（l）═4NH₃（g）+3O₂（g）△H=

 

kJ?mol^-1
（3）从323K到353K，氨气的生成量减少的可能原因

 

；
（4）工业合成氨的反应为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1，分别研究在T₁、T₂和T₃（T₁＜T₂＜T₃）三种温度下合成氨气的规律．如图是上述三种温度下不同的H₂和N₂的起始组成比（起始时N₂的物质的量均为1mol）与N₂平衡转化率的关系．请回答：

①在上述三种温度中，曲线X对应的温度是

 

．
②a、b、c三点H₂的转化率最小的是

 

点、转化率最大的是

 

点．
③在容积为1.0L的密闭容器中充入0.30mol N₂（g）和0.80mol H₂（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

．该条件下反应2NH₃（g）→N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数为

 

．

Answer 1

考点：反应热和焓变,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）依据图表数据分析判断焓变，依据反应前后气体体积变化分析反应的熵变；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式，得到焓变；
（3）从323K到353K，氨气的生成量减少的可能原因在较高温度时催化剂活性降低，反应还没有达到平衡状态，氨气在高温下被氧气氧化等；
（4）①依据反应是放热反应几乎平衡移动原理分析判断；
②依据氮气的转化率分析，横轴是氢气和氮气组成比，越大说明氢气量越多，氮气转化率越大，依据定一议二的方法分析图象得到；
③依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到；

解答： 解：（1）对于反应2N₂（g）+6H₂O（1）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=a kJ?mol^-1，温度越高，生成的氨气越多，则可逆反应为吸热反应，a为正值，△H＞0，该反应是气体体积增大的反应，故△S＞0，
故答案为：＞，＞；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
依据盖斯定律计算，①×2-②×3得到：2N₂（g）+6H₂O（l）═4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530 kJ?mol^-1 ；
故答案为：1530；
（3）分析数据可知从323K到353K，氨气的生成量减少，可能的原因是在较高温度时催化剂活性降低，反应还没有达到平衡状态，氨气在高温下被氧气氧化等；
故答案为：在较高温度时催化剂活性降低，反应还没有达到平衡状态，氨气在高温下被氧气氧化等；
（4）①在图中画一条与纵轴平行的线段交X、Y、Z．反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）为放热反应，温度越高，N₂（g）的转化率越低，故曲线X对应的温度是T₁；
故答案为：T₁；
②图象分析可知B点氮气转化率大于a点，则氢气转化率b点大于a，保持温度不变，增大氢气与氮气组成比，氮气转化率增大，但氢气转换率减小，所以c点氢气转化率小于a，最大的是b点，最小的是c点；
故答案为：b，c；
③N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．
起始浓度（mol/L）  0.3   0.8       0
转化浓度（mol/L）  x     3x        2x
平衡浓度（mol/L）  0.3-x  0.8-3x   2x

2x

(0.3-x+0.8-3x+2x)

=

4

7

　x=0.2
2NH₃（g）?→?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数K=

0.1×0.23

0.42

=5×10^-3；
故答案为：5.0×10^-3；

点评：本题考查了化学反应焓变计算，盖斯定律应用，化学平衡影响因素、转化率的分析判断，图象和数据分析应用是解题关键，题目难度中等．