Question

15．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．

反應	大氣固氮 N2（g）+O2（g）?2NO（g）		工業固氮 N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）
溫度/℃	27	2000	25	400	450
K	3.84×10-31	0.1	5×108	0.507	0.152

①分析數據可知：大氣固氮反應屬于吸熱（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K值小，正向進行的程度小（或轉化率低），不適合大規模生產．
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．
（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（р₁、р₂）下隨溫度變化的曲線，如圖所示的圖示中，正確的是A（填“A”或“B”）；比較р₁、р₂的大小關系р₂＞р₁．

（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N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
（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=+1530kJ•mol^-1．
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

分析 （1）①溫度越高，K越大，說明升高溫度，平衡正移；
②K值很小，轉化率很小；
③合成氨反應中，在500℃左右催化劑活性最高；
（2）合成氨反應為放熱反應，升高溫度，轉化率減小；增大壓強平衡正向移動，轉化率增大；
（3）氮氣在陰極得電子生成氨氣；
（4）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由蓋斯定律：①×2-②×3得2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），據此分析．

解答 解：（1）①由表格數據可知，溫度越高，K越大，說明升高溫度，平衡正移，則正反應方向為吸熱反應，故答案為：吸熱；
②由表格數據可知，2000℃時，K=0.1，K值很小，則轉化率很小，不適合大規模生產，所以人類不適合大規模模擬大氣固氮，
故答案為：K值小，正向進行的程度小（或轉化率低），不適合大規模生產；
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；
（2）合成氨反應為放熱反應，升高溫度，轉化率減小，所以圖A正確，B錯誤；該反應正方向為體積減小的方向，增大壓強平衡正向移動，轉化率增大，р₂的轉化率大，則р₂大；
故答案為：A；р₂＞р₁；
（3）電解池中氮氣在陰極得電子生成氨氣，其電極方程式為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，故答案為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃；
（4）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由蓋斯定律：①×2-②×3得2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），△H=（-92.4kJ•mol^-1）×2-（-571.6kJ•mol^-1）×3=+1530 kJ•mol^-1；
故答案為：+1530kJ•mol^-1．

點評 本題考查了平衡常數的應用、合成氨反應的條件選擇、影響化學平衡的因素、電解原理的應用、蓋斯定律的應用等，題目難度中等，側重于基礎知識的綜合應用考查，注意把握K與溫度的關系以及影響化學平衡的因素．