Question

【題目】地球上的氮元素對動植物有重要作用，其中氨的合成與應用是當前的研究熱點。

（1）不同溫度下工業合成氨N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反應的部分K值如下表。

溫度/℃	25	400	450
K	5×108	0.507	0.152

①工業合成氨反應平衡常數表達式為K=___。

②請結合平衡常數解釋，該反應為放熱反應的理由___。

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）科學家利用電解法在常溫常壓下實現合成氨，工作時陰極區的微觀示意圖如圖，其中電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的惰性有機溶劑。

①陰極區生成NH3的電極方程式為___。

②下列說法不正確的是___（填字母序號）。

a.三氟甲磺酸鋰的作用是增強導電性

b.該裝置用金(Au)作催化劑目的是降低N2的鍵能

c.選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進入裝置

Answer 1

【答案】 隨溫度升高，平衡常數減小，平衡向逆反應方向移動，反應逆向為吸熱反應 從速率角度考慮，高溫更好；從催化劑角度考慮，500℃左右催化劑活性更高 N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O- b

【解析】

1）①化學平衡常數是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時生成物濃度冪之積與反應物濃度的冪之積的比值；

②升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動，由表格數據可知，升高溫度，合成氨反應平衡常數減小，說明平衡向逆反應方向移動；

③合成氨反應中，反應溫度越高，反應速率越快，但是該反應為放熱反應，溫度高轉化率會降低，而且在500℃左右催化劑活性最高，所以從催化劑活性等綜合因素考慮選擇500℃左右合適；

（2）①由陰極區的微觀示意圖可知，陰極上N2轉化為NH3，C2H5OH轉化為C2H5O-離子，說明N2在C2H5OH作用下，在陰極得到電子發生還原反應生成NH3；

②a. 電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的惰性有機溶劑，三氟甲磺酸鋰是離子化合物，能提供離子；

b.催化劑能降低反應的活化能，加快反應速率，不能降低反應物的鍵能；

c.由圖可知，水在選擇性透過膜的上方。

（1）①化學平衡常數是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時生成物濃度冪之積與反應物濃度的冪之積的比值，則工業合成氨反應平衡常數表達式為K=，故答案為：；

②升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動，由表格數據可知，升高溫度，合成氨反應平衡常數減小，說明平衡向逆反應方向移動，則合成氨反應為放熱反應，故答案為：隨溫度升高，平衡常數減小，平衡向逆反應方向移動，反應逆向為吸熱反應；

③合成氨反應中，反應溫度越高，反應速率越快，但是該反應為放熱反應，溫度高轉化率會降低，而且在500℃左右催化劑活性最高，所以從催化劑活性等綜合因素考慮選擇500℃左右合適，故答案為：從速率角度考慮，高溫更好；從催化劑角度考慮，500℃左右催化劑活性更高；

（2）①由陰極區的微觀示意圖可知，陰極上N2轉化為NH3，C2H5OH轉化為C2H5O-離子，說明N2在C2H5OH作用下，在陰極得到電子發生還原反應生成NH3，電極反應式為N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-，故答案為：N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-；

②a. 電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的惰性有機溶劑，三氟甲磺酸鋰是離子化合物，能提供離子，增強電解液的導電性，故a正確；

b.催化劑能降低反應的活化能，加快反應速率，不能降低反應物的鍵能，該裝置用金(Au)作催化劑目的是降低N2的活化能， 故b錯誤；

c.由圖可知，水在選擇性透過膜的上方，說明選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進入裝置，故c正確；

故答案為：b。