Question

(7分) 科學家一直致力于“人工固氮”的方法研究。

⑴目前合成氨的技術原理為：

該反應的能量變化如圖所示。

①在反應體系中加入催化劑，反應速率增大，E₂的變化是：      。（填“增大”、“減小”或“不變”）。

②將一定量的N₂(g)和H₂(g)放入1L的密閉容器中，在500℃、2×10⁷Pa下達到平衡，測得N₂為0.1 mol，H₂為0.3 mol，NH₃為0.1 mol。該條件下H₂的轉化率為      。

③欲提高②容器中H₂的轉化率，下列措施可行的是      。

A．向容器中按原比例再充入原料氣    B．向容器中再充入惰性氣體

C．改變反應的催化劑                D．液化生成物分離出氨

⑵1998年希臘亞里士多德大學的兩位科學家采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳導H⁺），從而實現了高轉化率的電解法合成氨。其實驗裝置如圖所示。陰極的電極反應式為       。

⑶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和TiO₂）表面與水發生下列反應：

進一步研究NH₃生成量與溫度關系，常壓下達到平衡時測得部分實驗數據如下：

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

①合成反應的a_     0。（填“大于”、“小于”或“等于”）

②已知

則

 

Answer 1

【答案】

（7分) ⑴  ①減小  ② 33.3%   ③ A D（2分）

⑵  N₂ + 6H⁺ + 6e^- = 2NH₃      ⑶  ①大于      ②+1530.0

【解析】（1）①催化劑能降低反應的活化能，所以E2減小。

②NH₃為0.1 mol，則消耗氮氣是0.05mol，所以氮氣的轉化率是。

③向容器中按原比例再充入原料氣，相當于增大壓強，平衡向正反應方向移動，所以轉化率增大，A正確。B中，物質的濃度不變，平衡不移動。C中催化劑不能影響平衡狀態，D中是降低生成物濃度，平衡向正反應方向移動，所以答案選AD.

(2)陰極得到電子，所以氮氣在陰極通入，方程式為N₂ + 6H⁺ + 6e^- = 2NH₃。

（3）①根據表中數據可知，隨著溫度的升高，氨氣的含量逐漸增大，說明升高溫度，平衡向正反應方向移動，即正反應是吸熱反應。

②考查蓋斯定律的應用。根據已知反應可知，①×2－②×3即得到

，所以反應熱是－92.4 kJ/mol×2＋571.6 kJ/mol×3＝+1530.0  kJ/mol。