Question

【题目】氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。

（1）下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。

①分析数据可知：大气固氮反应属于_________（填“吸热”或“放热”）反应。

②分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因_________。

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）工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N2的平衡转化率在不同压强（p1、p2）下随温度变化的曲线，下图所示的图示中，正确的是_______（填“A”或“B”）；比较p1、p2的大小关系________，理由____________。

（3）20世纪末，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如C所示，阴极的电极反应式是___________。

（4）近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g），则其反应热△H=__________。（已知：N2（g）+3H2（g）2NH3（g） △H=-92.4kJ·mol-1，2H2（g）+O2（g）2H2O（l） △H=-571.6kJ·mol-1）

Answer 1

【答案】 吸热 K值小，正向进行的程度小（或转化率低），不适合大规模生产（如果其他因素合理，不扣分，但给分点是画点部分） 从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适（没有答出催化剂活性的，不扣分） A p2>p1 其他条件相同时，反应的正向是气体计量数减少的，压强大利于氨气的生成，而p2的N2转化率高 N2+6e-+6H+===2NH3 +1530 kJ·mol-1

【解析】试题分析：本题考查盖斯定律的应用，化学平衡常数的应用和影响化学平衡常数的因素，化学平衡图像的分析，电解池中电极反应式的书写。

（1）①大气固氮反应，温度升高，化学平衡常数增大，升高温度平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，大气固氮反应属于吸热反应。

②人类不适宜大规模模拟大气固氮的原因是：大气固氮的化学平衡常数小，反应正向进行的程度小，反应物的转化率低。

③工业固氮升高温度K值减小，升高温度平衡向逆反应方向移动，工业固氮正反应为放热反应；使用常温能提高反应物的转化率，但反应速率小。实际工业生产中选择500℃左右的高温的原因是：从反应速率角度考虑，高温更好；500℃时催化剂的活性最高。

（2）工业固氮升高温度K值减小，升高温度平衡向逆反应方向移动，N2的转化率减小，正确的图示为A。在图A的横坐标上任取一点作横坐标的垂直线与曲线相交，由图可见，相同温度下p2时N2的转化率大于p1时N2的转化率；工业固氮的正反应是气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，N2的转化率增大，则p2p1。

（3）合成氨的反应为N2+3H22NH3，N2发生得电子的还原反应，H2发生失电子的氧化反应，则阳极电极反应式为H2-2e-=2H+，阴极电极反应式为N2+6e-+6H+=2NH3。

（4）将反应编号，N2（g）+3H2（g）2NH3（g） ΔH=-92.4kJ·mol-1（①式）

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l） ΔH=-571.6kJ·mol-1（②式）

应用盖斯定律，①式2-②式3得2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g）ΔH=（-92.4kJ/mol）2-（-571.6kJ/mol）3=+1530kJ/mol。