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的方法而荣获诺贝尔化学奖。

(1)若将1 mol N2和3 mol H2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. υ(N2)正=3υ(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)若1 mol N2完全转化为NH3的反应热为H=－92 kJ/mol，拆开1 mol H—H键和1 mol NN 键需要的能量分别是436 kJ和946 kJ，则拆开1 mol N—H键需要的能量是__________kJ。

(4)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：

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

写出上述固氮反应的热化学方程式________________________________。

Answer 1

【答案】0.04 c d 391 C 阴 H2－2e－=2H+ 2N2(g)+6H2O(I)=4NH3(g)+3O2(g) H=+1530.8 kJ／mol

【解析】

本题考查的是速率的计算、平衡标志、键能的计算、平衡移动、电极式书写、盖斯定律。

方法一：（1）将1 mol N2和3 mol H2放入1L的密闭容器中，则c(N2)= ，c(H2)= ，5min后N2的浓度为0.8mol/L，则，则υ(N2)；

（2）a.若用不同的物质表示反应速率，应一种物质用正反应速率表示，一种物质用逆反应速率表示，且速率之比等于化学计量数之比，则应3υ(N2)正=υ(H2)逆，可以证明反应达到平衡状态，故a错误；

b.ρ=m/V，气体质量和总体积都不随时间而变化，密度不随时间而变化不能证明反应达到平衡状态，故b错误；

c.氮气和氢气生成氨气的反应为反应前后气体总物质的量变化的反应，即反应前后气体的分子总数变化的反应，当气体的分子总数不变时，可以证明反应达到平衡状态，故c正确；

d.M=m/n，气体质量不变，气体总物质的量随时间而变化，当平均相对分子质量不变时，则可以证明反应达到平衡状态，故d正确；

（3）设拆开1mol N-H键需要的能量是x，由△H=反应物键能和-生成物键能和，得-92kJ=436kJ×3+946kJ-6x，解得：x=391kJ；

（4）①使用催化剂，不会引起化学平衡的移动，不能用勒夏特列原理解释，故①不符合题意。

②高温，不利于氨气的合成，但是可以提高催化剂的催化活性，不能用勒夏特列原理解释，故②不符合题意。

③增大压强，化学平衡会正向移动，有利于氨气的合成，能用勒夏特列原理解释，故④符合题意。

④将生成的氨液化并及时从体系中分离出来，未反应的N2、H2循环到合成塔中，都会使得化学平衡正向移动，有利于氨的合成，能用勒夏特列原理解释，故④符合题意；

方法二：根据图示信息，阳离子移向阴极，可知钯电极A是阴极，阳极发生失电子的氧化反应，即H2-2e-=2H+；

方法三：已知：①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=92kJmol1，

②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=571.6kJmol1，

根据盖斯定律①×2②×3可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=(92kJmol1)×2(571.6kJmol1)×3=+1530.8kJmol1。据此解答。

方法一：（1）将1 mol N2和3 mol H2放入1L的密闭容器中，则c(N2)= ，c(H2)= ，5min后N2的浓度为0.8mol/L，则，则υ(N2)；本小题答案为：0.04。

（2）a.若用不同的物质表示反应速率，应一种物质用正反应速率表示，一种物质用逆反应速率表示，且速率之比等于化学计量数之比，则应3υ(N2)正=υ(H2)逆，可以证明反应达到平衡状态，故a错误；

b.ρ=m/V，气体质量和总体积都不随时间而变化，密度不随时间而变化不能证明反应达到平衡状态，故b错误；

c.氮气和氢气生成氨气的反应为反应前后气体总物质的量变化的反应，即反应前后气体的分子总数变化的反应，当气体的分子总数不变时，可以证明反应达到平衡状态，故c正确；

d.M=m/n，气体质量不变，气体总物质的量随时间而变化，当平均相对分子质量不变时，则可以证明反应达到平衡状态，故d正确；故选：cd。

（3）设拆开1mol N-H键需要的能量是x，由△H=反应物键能和-生成物键能和，得-92kJ=436kJ×3+946kJ-6x，解得：x=391kJ；本小题答案为：391。

（4）①使用催化剂，不会引起化学平衡的移动，不能用勒夏特列原理解释，故①不符合题意。

②高温，不利于氨气的合成，但是可以提高催化剂的催化活性，不能用勒夏特列原理解释，故②不符合题意。

③增大压强，化学平衡会正向移动，有利于氨气的合成，能用勒夏特列原理解释，故④符合题意。

④将生成的氨液化并及时从体系中分离出来，未反应的N2、H2循环到合塔中，都会使得化学平衡正向移动，有利于氨的合成，能用勒夏特列原理解释，故④符合题意；答案选C。

方法二：根据图示信息，阳离子移向阴极，可知钯电极A是阴极，阳极发生失电子的氧化反应，即H2-2e-=2H+。故本小题答案为：阴；H2－2e－=2H+。

方法三：已知：①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=92kJmol1，

②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=571.6kJmol1，

根据盖斯定律①×2②×3可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=(92kJmol1)×2(571.6kJmol1)×3=+1530.8kJmol1。本小题答案为：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) H=+1530.8 kJ／mol。