Question

【题目】哈伯法合成氨技术的相关反应为：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=－93kJ/mol

(1)试根据表中所列键能数据计算a的数值为_____________。

(2)在600℃下，向2L密闭容器中充入一定量的反应物并开始上述反应，图表示N2的物质的量随时间的变化曲线。

用H2表示0~10min内该反应的平均速率v(H2)= _____________，若该温度下K=0.0016L2/mol2，则在10min时c(H2)= _____________。

(3)在哈伯合成法中，平衡时NH3的体积分数与反应体系的压强(P)、温度(T)的关系如图B。则P1_____________P2(选填¨大于”、“小于”或¨不能确定”)，其他条件相同，不同压强下在刚开始反应时反应物活化分子浓度较大的是_____________(选填“P1”、“P2”、“P3”或“不能确定”)，在日本的合成氨工业中，选择合成温度为700℃的较高温，试从化学动力学的角度分析其理由是_____________。

(4)研究表明，合成氨的速率与相关物质的浓度的关系为v=kc(N2)c(H2)3/2c(NH3)－1，k为速率常数。能使合成氨的速率增大的措施是_____________。

A.使用更有效的催化剂

B.总压强一定，增大n(N2 )/n(H2)的值

C.升高反应温度

D.按照原来比值增大反应物的浓度

E.将原容器中NH3及时分离出来

(5)如图是利用NH3催化氧化释放出电能的电池结构示意图(氧化产物为无污染性气体)，放电时O2应从_____________(填“a”或“b”)处通入，该电池负极的电极反应式为_____________。

Answer 1

【答案】391 0.06mol/（Lmin） 10mol/L 大于 P1 温度越高，反应速率越大（或提高催化剂的催化活性） ACDE b 2NH3—6e—=N2+6H+

【解析】

（1）根据反应热等于反应物的总键能-生成物的总键能求算；

（2）根据起始和平衡时氮气的浓度计算参加反应的氢气浓度和生成氨气的浓度，根据速率和平衡常数公式计算；

（3）合成氨的反应是一个气体体积减小的放热反应，增大压强，平衡右移，氨气的体积分数增大；升高温度，平衡左移，氨气的体积分数减小，但反应速率增大；

（4）由合成氨的速率与相关物质的浓度的关系为v=kc(N2)c(H2)3/2c(NH3)－1可知，反应速率的大小与反应物和生成物的浓度有关，增大c(H2)和c(N2)可增大反应速率，减小c(NH3)也可以增大反应速率。

（5）由电子流向可知，a电极为原电池负极，b电极为原电池正极。

（1）由反应热与键能的关系可得，△H=（反应物的总键能-生成物的总键能）945kJmol-1+436kJmol-1×3-6a=-93kJmol-1，解得a=391，故答案为：391；

（2）由图可知，从反应开始到平衡时氮气的变化量为0.4mol，由方程式可知参加反应的氢气的物质的量为0.4mol×3=1.2mol、氨气的生成量为0.4mol×2=0.8mol。氢气的反应速率为1.2 mol/2L/10min=0.06mol/（Lmin）；平衡时，c(N2)为0.1mol/L，c(NH3)为0.4mol/L，由化学平衡常数K==0.0016，解得c(H2)=10 mol/L，故答案为：0.06mol/（Lmin）；10 mol/L；

（3）由图可知，温度相同时，氨气的体积分数由大到小的顺序为P1＞P2＞P3。该反应是一个气体体积减小的反应，增大压强，平衡右移，氨气的体积分数增大，则压强的大小关系为P1＞P2；其他条件相同，压强越大，刚开始反应时反应物浓度越大，活化分子浓度较大，则刚开始反应时反应物活化分子浓度较大的是P1；合成氨反应是一个放热反应，升高温度，平衡左移，氨气的体积分数减小，但温度越高，化学反应速率越大，达到平衡所需时间越小，故答案为：大于；P1；温度越高，化学反应速率越大；

（4）由合成氨的速率与相关物质的浓度的关系为v=kc(N2)c(H2)3/2c(NH3)－1可知，反应速率的大小与反应物和生成物的浓度有关，增大c(H2)和c(N2)或减小c(NH3）均可以增大反应速率，。

A、使用更有效的催化剂，降低反应活化能，增大反应速率；

B、由合成氨的速率与相关物质的浓度的关系可知，c(H2)对速率的影响大于c(N2)，总压强一定时，增大n(N2 )/n(H2)的值相当于减小c(H2)，减小反应速率；

C、升高反应温度，活化分子数增大，增大反应速率；

D、按照原来比值增大反应物c(H2)和c(N2)，增大反应速率；

E、将原容器中NH3及时分离出来，减小c(NH3)，增大反应速率；

故能使合成氨的速率增大的措施为：ACDE；

（5）由电子流向可知，a电极为原电池负极，b电极为原电池正极，O2应从b电极通入发生还原反应，NH3应从a电极通入发生氧化反应生成N2，电极反应式为2NH3—6e—=N2+6H+，故答案为：b；2NH3—6e—=N2+6H+。