Question

【题目】地球上的氮元素对动植物有重要作用，其中氨的合成与应用是当前的研究热点。

（1）不同温度下工业合成氨N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反应的部分K值如下表。

温度/℃	25	400	450
K	5×108	0.507	0.152

①工业合成氨反应平衡常数表达式为K=___。

②请结合平衡常数解释，该反应为放热反应的理由___。

③从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因___。

（2）科学家利用电解法在常温常压下实现合成氨，工作时阴极区的微观示意图如图，其中电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的惰性有机溶剂。

①阴极区生成NH3的电极方程式为___。

②下列说法不正确的是___（填字母序号）。

a.三氟甲磺酸锂的作用是增强导电性

b.该装置用金(Au)作催化剂目的是降低N2的键能

c.选择性透过膜可允许N2和NH3通过，防止H2O进入装置

Answer 1

【答案】 随温度升高，平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，反应逆向为吸热反应 从速率角度考虑，高温更好；从催化剂角度考虑，500℃左右催化剂活性更高 N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O- b

【解析】

1）①化学平衡常数是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度的幂之积的比值；

②升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，由表格数据可知，升高温度，合成氨反应平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动；

③合成氨反应中，反应温度越高，反应速率越快，但是该反应为放热反应，温度高转化率会降低，而且在500℃左右催化剂活性最高，所以从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适；

（2）①由阴极区的微观示意图可知，阴极上N2转化为NH3，C2H5OH转化为C2H5O-离子，说明N2在C2H5OH作用下，在阴极得到电子发生还原反应生成NH3；

②a. 电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的惰性有机溶剂，三氟甲磺酸锂是离子化合物，能提供离子；

b.催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，不能降低反应物的键能；

c.由图可知，水在选择性透过膜的上方。

（1）①化学平衡常数是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度的幂之积的比值，则工业合成氨反应平衡常数表达式为K=，故答案为：；

②升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，由表格数据可知，升高温度，合成氨反应平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则合成氨反应为放热反应，故答案为：随温度升高，平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，反应逆向为吸热反应；

③合成氨反应中，反应温度越高，反应速率越快，但是该反应为放热反应，温度高转化率会降低，而且在500℃左右催化剂活性最高，所以从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适，故答案为：从速率角度考虑，高温更好；从催化剂角度考虑，500℃左右催化剂活性更高；

（2）①由阴极区的微观示意图可知，阴极上N2转化为NH3，C2H5OH转化为C2H5O-离子，说明N2在C2H5OH作用下，在阴极得到电子发生还原反应生成NH3，电极反应式为N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-，故答案为：N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-；

②a. 电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的惰性有机溶剂，三氟甲磺酸锂是离子化合物，能提供离子，增强电解液的导电性，故a正确；

b.催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，不能降低反应物的键能，该装置用金(Au)作催化剂目的是降低N2的活化能， 故b错误；

c.由图可知，水在选择性透过膜的上方，说明选择性透过膜可允许N2和NH3通过，防止H2O进入装置，故c正确；

故答案为：b。