Question

【題目】氨是氮循環過程中的重要物質，氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法。

（1）根據如圖提供的信息，寫出該反應的熱化學方程式___，如圖的曲線中__（填“a”或“b”）表示加入鐵觸媒（催化劑）的能量變化曲線。

（2）在恒容容器中，下列描述中能說明上述反應已達平衡的是___。

A．3υ(H2)正＝2υ(NH3)逆

B．單位時間內生成nmolN2的同時生成2nmolNH3

C．容器內氣體的密度不隨時間的變化而變化

D．容器內壓強不隨時間的變化而變化

（3）500℃、50MPa時，在容積為1L的容器中加入1molN2、3molH2，反應達平衡后測得平衡常數為K，此時N2的轉化率為a。則K和a的關系是K＝___。

（4）1998年希臘亞里斯多德大學的兩位科學家采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H+），實現了高溫常壓下高轉化率的電解合成氨。其實驗裝置如圖。陰極的電極反應式為___。

Answer 1

【答案】N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；ΔH＝－92kJ·mol-1 b BD N2＋6H+＋6e－=2NH3

【解析】

(1)根據圖1計算出反應熱，寫出熱化學方程式．注意物質狀態，反應熱符號等；催化劑能降低反應的活化能；

(2)根據平衡狀態的判斷依據判斷；只要滿足正反應速率等于逆反應速率，即可判斷；

(3)根據“三行式”來進行計算得出結論；

(4)電解池的陰極發生得電子的還原反應，在合成氨中，氮氣得電子，酸性條件下生成氨氣。

(1)由圖1可知，1molN2(g)與3molH2(g)完全反應生成2molNH3(g)的反應熱為508kJ/mol-600kJ/mol=-92kJ/mol，所以合成氨的熱化學反應方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H═-92kJ/mol，催化劑能降低反應的活化能，b活化能較低，故答案為b；

(2)A．3υ(H2)正=2υ(NH3)逆說明：v(NH3)逆：v(H2)正═3：2不等于對應化學計量數之比，即正反應速率不等于逆反應速率，故A錯誤；

B．單位時間內生成nmolN2的同時生成2n molNH3說明正反應速率等于逆反應速率，故B正確；

C．體積不變，氣體的質量不變，密度也會不變，用密度不變無法區分非平衡狀態和平衡狀態，故C錯誤；

D．反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是反應前后氣體的總物質的量不相等的反應，當體積固定時，根據阿伏伽德羅定律可知，溫度、體積相同時，氣體的物質的量之比等于壓強之比，容器內氣壓不隨時間變化，說明氣體的總物質的量不再發生變化，即說明可逆反應達到了化學平衡狀態，故D正確；

故答案為BD；

(3)根據題意：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

初始物質的量濃度：1 3 0

變化物質的量濃度：a 3a 2a

平衡物質的量濃度：1-a 3-3a 2a

則平衡常數為K===；

(4)電解池的陰極發生得電子的還原反應，在合成氨中，氮氣得電子，所以陰極反應為：N2+6H++6e-=2NH3。