Question

【题目】氨是最重要的化工原料之一，自20世纪初以来，工业上合成氨主要依赖Haber-Bosch技术。探索新的合成氨的方法一直是重要课题。

（1）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 = -a kJ/mol

2H2(g) + O2(g) = 2H2O(1) H = -b kJ/mol

写出上述固氮反应的热化学方程式：_______________。

（2）恒温、恒容条件下，在容器中模拟Haber-Bosch法合成氨，如下图(图中所示数据为初始物理量)。t分钟后反应达到平衡，生成的NH3为0.4 mol。

①判断该容器中的反应达平衡的依据是_______(填字母)。

a．压强不随时间改变

b．气体的密度不随时间改变

c．c(N2)不随时间改变

d．单位时间内生成2 mol NH3的同时消耗1 mol N2

e．单位时间内断裂3 mol H-H键，同时断裂6 mol N-H键

②该条件下容器中反应的平衡常数K＝___；平衡时，混合气体压强p平=____(用初始压强p0表示)。

（3）近期，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％，装置如图：

钯电极A是电解池的_____极(填“阳”或“阴”)，阴极反应式为________________________________。

（4）合成氨需要纯净的氮气和氢气，在制取原料气的过程中，常混有一些杂质，其中的某些杂质会使合成氨的催化剂“中毒”，所以必须除去。例如，用稀氨水吸收H2S杂质：NH3·H2O + H2S+HS－+ H2O，若将标况下22.4L H2S通入1L 1mol/L NH3·H2O中进行吸收，则达到平衡时，H2S的吸收效率为_________%（结果保留两位有效数字）。（注：吸收效率=c(H2S)已反应/c(H2S)总）（已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5，H2S的电离平衡常数Ka1 = 5×10-8，Ka2 = 7.1×10-15）

Answer 1

【答案】2N2(g)+6H2O(l) = 4NH3(g) + 3O2(g) H= （3b-2a） kJ/mol ace （或14.8） P0 阴 N2 + 6e- + 6H+ = 2NH3 91

【解析】

(1)根据盖斯定律分析解答；

(2)①根据可逆反应到达平衡时，正、逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变分析判断；②根据三段式列式计算；

(3)电解池中，阳离子移向阴极，在阴极上发生还原反应；

(4)首先计算NH3·H2O + H2S+HS－+ H2O的平衡常数，再假设反应的H2S为物质的量浓度为x，根据平衡常数列式计算。

(1)①N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H=-a kJ/mol，②O2(g)+2H2(g)═2H2O(l) △H=-b kJ/mol，根据盖斯定律，将①×2-②×3得到反应2N2(g)+6H2O(l)═4NH3(g)+3O2(g)△H=(3b-2a)kJ/mol，故答案为：2N2(g)+6H2O(I)=4NH3(g)+3O2(g)△H=(3b-2a)kJ/mol；

(2)①a．该反应反应后气体物质的量减小，恒温恒容下容器内压强减小，当压强不随时间改变，说明到达平衡状态，故a正确；b．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度始终不变，混合气体的密度不变，不能说明到达平衡状态，故b错误；c．到达平衡时各组分浓度保持不变，c(N2)不随时间改变，说明到达化学平衡状态，故c正确；d．单位时间内生成2molNH3的同时消耗1molN2，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，不能说明到达平衡状态，故d错误；e．单位时间内断裂3molH-H键，同时断裂6molN-H键，而断裂6molN-H键会生成3molH-H键，氢气的生成速率与消耗速率相等，说明反应到达平衡，故e正确，故选：ace；

②甲容器t分钟后反应均达到平衡，生成的NH3均为0.4mol，则：

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

起始量(mol)：0.4 1.2 0

变化量(mol)：0.2 0.6 0.4

平衡量(mol)：0.2 0.6 0.4

则平衡常数K===；恒温恒容下压强之比等于气体物质的量之比，则平衡时，甲的压强P平=P0=P0，故答案为：；P0；

(3)电解池中，氢离子移向阴极，所以钯电极A是电解池的阴极，阴极发生还原反应，氮气在阴极上放电，与氢离子结合生成氨气，即N2+6e-+6H+=2NH3，阳极反应式为：H2-2e-=2H+，故答案为：阴；N2+6e-+6H+=2NH3；

(4)标况下22.4L H2S的物质的量==1mol，1L 1mol/L NH3·H2O中含有1molNH3·H2O，NH3·H2O + H2S+HS－+ H2O的平衡常数K===××=Kb×Ka1×=2×10-5×5×10-8×=100，设反应的H2S为物质的量浓度为x，因此100=，解得x=mol/L，则吸收效率=×100%=×100%=91%，故答案为：91。