Question

【題目】氮的固定是幾百年來科學家一直研究的課題。

（1）下表列舉了不同溫度下大氣固氮和工業固氮的部分K值。

①分析數據可知：大氣固氮反應屬于_________（填“吸熱”或“放熱”）反應。

②分析數據可知：人類不適合大規模模擬大氣固氮的原因_________。

③從平衡視角考慮，工業固氮應該選擇常溫條件，但實際工業生產卻選擇500℃左右的高溫，解釋其原因____________。

（2）工業固氮反應中，在其他條件相同時，分別測定N2的平衡轉化率在不同壓強（p1、p2）下隨溫度變化的曲線，下圖所示的圖示中，正確的是_______（填“A”或“B”）；比較p1、p2的大小關系________，理由____________。

（3）20世紀末，科學家采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H+）為介質，用吸附在它內外表面上的金屬鈀多晶薄膜做電極，實現高溫常壓下的電化學合成氨，提高了反應物的轉化率，其實驗簡圖如C所示，陰極的電極反應式是___________。

（4）近年，又有科學家提出在常溫、常壓、催化劑等條件下合成氨氣的新思路，反應原理為：2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g），則其反應熱△H=__________。（已知：N2（g）+3H2（g）2NH3（g） △H=-92.4kJ·mol-1，2H2（g）+O2（g）2H2O（l） △H=-571.6kJ·mol-1）

Answer 1

【答案】 吸熱 K值小，正向進行的程度小（或轉化率低），不適合大規模生產（如果其他因素合理，不扣分，但給分點是畫點部分） 從反應速率角度考慮，高溫更好，但從催化劑活性等綜合因素考慮選擇500℃左右合適（沒有答出催化劑活性的，不扣分） A p2>p1 其他條件相同時，反應的正向是氣體計量數減少的，壓強大利于氨氣的生成，而p2的N2轉化率高 N2+6e-+6H+===2NH3 +1530 kJ·mol-1

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應用，化學平衡常數的應用和影響化學平衡常數的因素，化學平衡圖像的分析，電解池中電極反應式的書寫。

（1）①大氣固氮反應，溫度升高，化學平衡常數增大，升高溫度平衡向正反應方向移動，正反應為吸熱反應，大氣固氮反應屬于吸熱反應。

②人類不適宜大規模模擬大氣固氮的原因是：大氣固氮的化學平衡常數小，反應正向進行的程度小，反應物的轉化率低。

③工業固氮升高溫度K值減小，升高溫度平衡向逆反應方向移動，工業固氮正反應為放熱反應；使用常溫能提高反應物的轉化率，但反應速率小。實際工業生產中選擇500℃左右的高溫的原因是：從反應速率角度考慮，高溫更好；500℃時催化劑的活性最高。

（2）工業固氮升高溫度K值減小，升高溫度平衡向逆反應方向移動，N2的轉化率減小，正確的圖示為A。在圖A的橫坐標上任取一點作橫坐標的垂直線與曲線相交，由圖可見，相同溫度下p2時N2的轉化率大于p1時N2的轉化率；工業固氮的正反應是氣體分子數減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，N2的轉化率增大，則p2p1。

（3）合成氨的反應為N2+3H22NH3，N2發生得電子的還原反應，H2發生失電子的氧化反應，則陽極電極反應式為H2-2e-=2H+，陰極電極反應式為N2+6e-+6H+=2NH3。

（4）將反應編號，N2（g）+3H2（g）2NH3（g） ΔH=-92.4kJ·mol-1（①式）

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

應用蓋斯定律，①式2-②式3得2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g）ΔH=（-92.4kJ/mol）2-（-571.6kJ/mol）3=+1530kJ/mol。