Question

氮的固定有三种途径：生物固氮、自然固氮和工业固氮。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)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105 Pa、反应时间1 h)：

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/(10－6 mol)	4.8	5.9	6.0	2.0

相应的化学方程式：2N2(g)＋6H2O(l) 4NH3(g)＋3O2(g)ΔH＝a kJ·mol－1

回答下列问题：

(1)此合成反应的a________0；ΔS________0，(填“＞”、“＜”或“＝”)

(2)已知：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92 .4 kJ·mol－1

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

则2N2(g)＋6H2O(l)===4NH3(g)＋3O2 (g)　ΔH＝________kJ·mol－1

(3)从323 K到353 K，氨气的生成量减少的可能原因_________________；

(4)工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 .4 kJ·mol－1 ，分别研究在T1、T2和T3(T1<T2<T3)三种温度下合成氨气的规律。下图是上述三种温度下不同的H2和N2的起始组成比(起始时N2的物质的量均为1 mol)与N2平衡转化率的关系。请回答：

①在上述三种温度中，曲线X对应的温度是________。

②a、b、c三点H2的转化率最小的是________点、转化率最大的是________点。

③在容积为1.0 L的密闭容器中充入0.30 mol N2(g)和0.80 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为4/7。该条件下反应2NH3(g)  N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为________ 。

 

Answer 1

⑴)＞ 　＞

(2)＋1530 kJ·mol－1

(3)氨气在高温下被氧气氧化(或：在较高温度时催化剂活性降低，反应还没有达到平衡状态)

(4)①  T1　②c 　b 　③5.0×10－3

【解析】(1)对于反应2N2(g)＋6H2O(1)4NH3(g)＋3O2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1 ，温度越高，生成的氨气越多，则可逆反应为吸热反应，a为正值，该反应是气体体积增大的反应，故ΔS＞0 ，(2) 可以用盖斯定律计算(4)①在图中画一条与纵轴平行的线段交X、Y、Z。反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)为放热反应，温度越高，N2(g)的转化率越低，故曲线X对应的温度是T1

③　　　　　　　 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。

起始浓度(mol/L)    0.3   0.8           0

转化浓度(mol/L)     x   3x           2x

平衡浓度(mol/L) 0.3－x  0.8－3x       2x

2x/( 0.3－x＋0.8－3x＋2x) ＝4/7　x ＝ 0.2        

2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数