Question

氮的固定有三種途徑：生物固氮、自然固氮和工業固氮。根據最新“人工固氮”的研究報道：在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑(摻有少量Fe₂O₃的TiO₂)表面與水發生反應，生成的主要產物為NH₃。進一步研究NH₃生成量與溫度的關系，部分實驗數據見下表(光照、N₂壓力1.0×10⁵ Pa、反應時間1 h)：

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

相應的化學方程式：2N₂(g)＋6H₂O(l) 4NH₃(g)＋3O₂(g)ΔH＝a kJ·mol^－1
回答下列問題：
(1)此合成反應的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
則2N₂(g)＋6H₂O(l)===4NH₃(g)＋3O₂ (g)　ΔH＝________kJ·mol^－1
(3)從323 K到353 K，氨氣的生成量減少的可能原因_________________；
(4)工業合成氨的反應為N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)　ΔH＝－92 .4 kJ·mol^－1，分別研究在T₁、T₂和T₃(T₁<T₂<T₃)三種溫度下合成氨氣的規律。下圖是上述三種溫度下不同的H₂和N₂的起始組成比(起始時N₂的物質的量均為1 mol)與N₂平衡轉化率的關系。請回答：

①在上述三種溫度中，曲線X對應的溫度是________。
②a、b、c三點H₂的轉化率最小的是________點、轉化率最大的是________點。
③在容積為1.0 L的密閉容器中充入0.30 mol N₂(g)和0.80 mol H₂(g)，反應在一定條件下達到平衡時，NH₃的物質的量分數(NH₃的物質的量與反應體系中總的物質的量之比)為4/7。該條件下反應2NH₃(g)  N₂(g)＋3H₂(g)的平衡常數為________ 。

Answer 1

⑴)＞　＞
(2)＋1530 kJ·mol^－1
(3)氨氣在高溫下被氧氣氧化(或：在較高溫度時催化劑活性降低，反應還沒有達到平衡狀態)
(4)①  T₁　②c 　b 　③5.0×10^－3

(1)對于反應2N₂(g)＋6H₂O(1)4NH₃(g)＋3O₂(g)　ΔH＝a kJ·mol^－1，溫度越高，生成的氨氣越多，則可逆反應為吸熱反應，a為正值，該反應是氣體體積增大的反應，故ΔS＞0 ，(2) 可以用蓋斯定律計算(4)①在圖中畫一條與縱軸平行的線段交X、Y、Z。反應N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)為放熱反應，溫度越高，N₂(g)的轉化率越低，故曲線X對應的溫度是T₁
③　　　　　　　 N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)。
起始濃度(mol/L)    0.3  0.8          0
轉化濃度(mol/L)    x  3x          2x
平衡濃度(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)的平衡常數