Question

科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究．

（1）目前合成氨技术原理为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ?mol^-1．
①673K，30MPa下，上述合成氨反应中n（NH₃）和n（H₂）随时间变化的关系如右图所示．下列叙述正确的是

 

．
A．点a的正反应速率比点b的大
B．点c处反应达到平衡
C．点d和点 e处的n（N₂）相同
D．773K，30MPa下，反应至t₂时刻达到平衡，则n（NH₃）比图中e点的值大
（2）1998年希腊亚里斯多德大学的两位科学家采用高质子导电性的 SCY陶瓷（能传递H⁺），实现了高温常压下高转化率的电解合成氨．其实验装置如图，阴极的电极反应式

 

．
（3）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）表面与水发生下列反应：N₂（g）+3H₂O（1）?2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=a kJ?mol^-1
进一步研究NH₃生成量与温度的关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下表：

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

①此合成反应的a

 

0；△S

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）；该反应属于

 

A．一定自发   B．一定不自发   C．高温自发    D．低温自发
②已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）=-571.6kJ?mol^-1则N₂（g）+3H₂O（1）=2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H=

 

kJ?mol^-1．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,焓变和熵变,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）A．浓度越大反应速率越快；
B．a、b、c之后氢气的物质的量继续变化，未达到平衡，反应向正反进行；
C．d、e对应氢气、氨气的物质的量不变，处于平衡状态；
D．该反应正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应移动；
（2）电解池的阴极发生得电子的还原反应，在合成氨中，氮气得电子，酸性条件下生成氨气；
（3）①由表中数据可知，升高温度，NH₃生成量增大，说明平衡向正反应方向移动，结合反应方程式中各物质的聚集状态解答；
②利用盖斯定律计算．

解答： 解：（1）A．a点反应物的浓度大于b点，浓度越大反应速率越快，故a点反应速率更大，故A正确；
B．点c之后氢气的物质的量继续减小，未达到平衡，反应向正反进行，故B错误；
C．d、e对应氢气、氨气的物质的量不变，处于平衡状态，点d和点e处的n （N₂）相同，故C正确；
D．该反应正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应移动，氨气的物质的量减小，故D错误；
故选AC；
（2）电解池的阴极发生得电子的还原反应，在合成氨中，氮气得电子，所以阴极反应为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（3）①由表中数据可知，升高温度，NH₃生成量增大，说明平衡向正反应方向移动，则正反应应为吸热反应，a＞0，由方程式可知反应生成气体的物质的量增多，则△S＞0，所以该反应在高温下才能自发进行，选C，故答案为：＞；＞；C；
②已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
则利用盖斯定律，将①×2-②×3可得，常温下氮气与水反应生成氨气与氧气的热化学方程式为2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g），△H=2×（-92.4kJ?mol^-1）-3×（-571.6kJ?mol^-1）=+1536kJ?mol^-1，所以反应N₂（g）+3H₂O（1）=2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）中△H=+768kJ?mol^-1
故答案为：+768．

点评：本题主要考查了平衡的判断、电极反应、反应进行的方向、热化学方程式的书写等知识点，中等难度．