Question

【題目】氮的固定有三種途徑：生物固氮、自然固氮和工業(yè)固氮。根據(jù)最新“人工固氮”的研究報(bào)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(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH3。進(jìn)一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系，部分平衡時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表(光照、N2壓力1.0×105Pa、反應(yīng)時(shí)間1 h)：

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

相應(yīng)的化學(xué)方程式：2N2(g)＋6H2O(l)4NH3(g)＋3O2(g) ΔH＝a kJ·mol－1

回答下列問(wèn)題：

（1）此合成反應(yīng)的a________0；(填“＞”、“＜”或“＝”)

（2）從323 K到353 K，氨氣的生成量減少的可能原因是_______________________________；（3）與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法固氮反應(yīng)速率慢。請(qǐng)?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH3生成量的建議__________________________________________________。

（4）工業(yè)合成氨的反應(yīng)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(guī)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(shí)N2的物質(zhì)的量均為1 mol)與N2平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。請(qǐng)回答：

①在上述三種溫度中，曲線X對(duì)應(yīng)的溫度是________。

②a、b、c三點(diǎn)中H2的轉(zhuǎn)化率最小的是_______點(diǎn)、轉(zhuǎn)化率最大的是________點(diǎn)。

③在容積為1.0 L的密閉容器中充入0.30 mol N2(g)和0.80 molH2(g)，反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡時(shí)，NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(NH3的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總的物質(zhì)的量之比)為4/7。該條件下反應(yīng)2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常數(shù)為__________________。

Answer 1

【答案】 ＞ 氨氣在高溫下被氧氣氧化(或：在較高溫度時(shí)催化劑活性降低，反應(yīng)還沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)) 升高溫度（或提高N2的濃度） T1 c b 5.0×10－3

【解析】(1)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g)△H=akJmol-1，溫度越高，生成的氨氣越多，則可逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，a為正值，△H＞0，故答案為：＞；

(2)分析數(shù)據(jù)可知從323K到353K，氨氣的生成量減少，可能的原因是在較高溫度時(shí)催化劑活性降低，反應(yīng)還沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，氨氣在高溫下被氧氣氧化等，故答案為：在較高溫度時(shí)催化劑活性降低，反應(yīng)還沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)(或氨氣在高溫下被氧氣氧化等)；

(3)與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法固氮反應(yīng)速率慢，提高其反應(yīng)速率且增大NH3生成量，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，NH3生成量減小；升高溫度，平衡正向移動(dòng)，NH3生成量增大；提高N2的濃度，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，NH3生成量增大；因此可以通過(guò)升高溫度或提高N2的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)，故答案為：升高溫度(或提高N2的濃度)；

(4)①在圖中畫一條與縱軸平行的線段交X、Y、Z，反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)為放熱反應(yīng)，溫度越高，N2(g)的轉(zhuǎn)化率越低，故曲線X對(duì)應(yīng)的溫度是T1；故答案為：T1；

②圖像分析可知B點(diǎn)氮?dú)廪D(zhuǎn)化率大于a點(diǎn)，則氫氣轉(zhuǎn)化率b點(diǎn)大于a，保持溫度不變，增大氫氣與氮?dú)饨M成比，氮?dú)廪D(zhuǎn)化率增大，但氫氣轉(zhuǎn)換率減小，所以c點(diǎn)氫氣轉(zhuǎn)化率小于a，最大的是b點(diǎn)，最小的是c點(diǎn)，故答案為：c；b；

③ N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始濃度(mol/L)0.3 0.8 0

轉(zhuǎn)化濃度(mol/L) x 3x 2x

平衡濃度(mol/L)0.3-x 0.8-3x 2x

=，解得：x=0.2，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常數(shù)K==5×10-3；故答案為：5.0×10-3。