Question

【题目】氮及其化合物在工农业生产和生命活动中起着重要的作用，铵盐、硝酸盐均是植物生长的“食物”，将氮气转化为氮气是植物获得“食物”的第一步，在常温常压下使N2高效地转化成为NH3是众多科学家们一直在探究的问题：

(1)已知：①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180.5kJmol﹣1水的汽化热△H=+44kJmol﹣1据报道，科学家已找到一种催化剂，使氨气与液态水在常温条件下转化为NH3及氧气，写出反应的热化学方程式____________________________________________________________；

(2)工业时合成氨的原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=﹣92.4kJmol﹣1 。图1表示H2的转化率与温度、压强之间的关系，图2表示H2的转化率与起始投料比[n(N2)/n(H2)]、压强的变化关系，则T1、T2、T3的大小关系为___ ， 曲线与曲线对应的压强P1___P2(填“＞”“＜”“=”)．测得B(X，60)点时N2的转化率为40%，则X=______________________。

(3)一定温度下，将2molN2和6molH2置于一密闭容器中反应，测得平衡时容器的总压为aMPa，NH3的物质的量总数为20%，列式计算出此时的平衡常数Kp=___(用平衡分压代替平衡浓度进行计算，分压=总压×体积分数，可不化简)。

下列各项中能说明反应已达到平衡状态的是_____________________ 。

a．混合气体的平均相对分子质量不变

b．N2的消耗速率等于NH3的生成速率

c．混合气体的密度不变

d．N2和H2的物质的量之比保持不变

(4)NH3催化剂生成NO，以NO为原料通过电解的方法可以制备NH4NO3 ， 其总反应是8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ， 试写出以惰性材料作电极的阴极反应式：___ ． 电解过程中为使电解产物全部转化为NH4NO3 ， 需要补充NH3的原因是___ 。

Answer 1

【答案】2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=+1650kJ/mol T1＞T2＞T3 ＞ 1：2 a NO+6H++5e﹣=NH4+ +3H2O 总反应中有HNO3生成，应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3

【解析】

（1）已知：①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180.5kJmol﹣1

水的汽化热△H=+44kJmol﹣1，则可得：③H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJmol﹣1，

根据盖斯定律，②×2+③×6﹣①可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)；

（2）正反应为放热反应，温度越高，氢气的转化率越低；

正反应为气体物质的量减小的反应，压强越大，氢气的转化率越大；

测得B（X，60）点时N2的转化率为40%，则：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量（mol）： a b

变化量（mol）：0.4a 1.2a

根据氢气的转化率可得100%=60%，即b=2a，可以计算起始投料比[n(N2)/n(H2)]；

（3）一定温度下，将2molN2和6molH2置于一密闭容器中反应，二者按1：3反应，故平衡时二者物质的量分数之比为1：3，平衡时NH3的物质的量分数为20%，则N2的物质的量分数为×（1﹣20%）=20%，H2的物质的量分数为1﹣20%﹣20%=60%，再计算各物质的分压，代入Kp=计算；

a．混合气体总质量不变，随反应进行混合气体总物质的量减小，则平均相对分子质量减小，混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应到达平衡；

b．平衡时NH3的生成速率等于N2的消耗速率的2倍；

c．混合气体总质量不变、容器的容积不变，密度为常数；

d．N2和H2的起始物质的量之比等于化学计量数之比，二者物质的量之比始终为1：3；

（4）NH3催化剂生成NO，以NO为原料通过电解的方法可以制备NH4NO3 ，其总反应是：8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ，阴极发生还原反应，阴极上是NO获得电子生成NH4+，由电荷守恒可知有H+参与反应，还生成水，电池总反应中有HNO3生成，应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3。

（1）已知：①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180.5kJmol﹣1

水的汽化热△H=+44kJmol﹣1，则可得：③H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJmol﹣1，

根据盖斯定律，②×2+③×6﹣①可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) 的△H=+1650kJ/mol，

故答案为：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) △H=+1650kJ/mol；

（2）正反应为放热反应，温度越高，氢气的转化率越低，则T1＞T2＞T3；

正反应为气体物质的量减小的反应，压强越大，氢气的转化率越大，则：P1＞P2；

测得B（X，60）点时N2的转化率为40%，则：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量（mol）： a b

变化量（mol）：0.4a 1.2a

根据氢气的转化率可得100%=60%，即b=2a，则X===1：2，

故答案为：T1＞T2＞T3 ；＞ ；1：2；

（3）一定温度下，将2molN2和6molH2置于一密闭容器中反应，二者按1：3反应，故平衡时二者物质的量分数之比为1：3，平衡时NH3的物质的量分数为20%，则N2的物质的量分数为×（1﹣20%）=20%，H2的物质的量分数为1﹣20%﹣20%=60%，平衡时容器总压为aMPa，则Kp==；

a．混合气体总质量不变，随反应进行混合气体总物质的量减小，则平均相对分子质量减小，混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应到达平衡，故a正确；

b．平衡时NH3的生成速率等于N2的消耗速率的2倍，故b错误；

c．混合气体总质量不变、容器的容积不变，密度始终不变，故c错误；

d．N2和H2的起始物质的量之比等于化学计量数之比，二者物质的量之比始终为1：3，故d错误。

故答案为：；a；

（4）NH3催化剂生成NO，以NO为原料通过电解的方法可以制备NH4NO3 ，其总反应是：8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ，阴极发生还原反应，阴极上是NO获得电子生成NH4+，由电荷守恒可知有H+参与反应，还生成水，电池总反应中有HNO3生成，应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3。

故答案为：NO+6H++5e﹣=NH4++3H2O；总反应中有HNO3生成，应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3。