Question

【題目】科學家一直致力于“人工固氮”的研究，現已有多種方法。

（方法一）1918年，德國化學家哈伯因發(fā)明工業(yè)合成氨（N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H<0）的方法而榮獲諾貝爾化學獎。

（1）若將1molN2和3molH2放入1L的密閉容器中，5min后N2的濃度為0.8mol/L，這段時間內用N2的濃度變化表示的反應速率為_____mol/(L·min)。

（2）在一定溫度下的定容密閉容器中發(fā)生上述反應，下列敘述能說明反應已經達到平衡狀態(tài)的是____。

a. v(N2)正=3v(H2)逆

b. 容器中氣體的密度不隨時間而變化

c. 容器中氣體的分子總數不隨時間而變化

d. 容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化

（3）合成氨反應的生產條件選擇中，能用勒夏特列原理解釋的是________。

①使用催化劑 ②高溫 ③高壓 ④及時將氨氣液化從體系中分離出來

A. ①③ B. ②③ C. ③④ D. ②④

（方法二）1998年，兩位希臘化學家提出了電解合成氨的新思路：

（4）采用高質子導電性的SCY陶瓷(能傳遞H+)為介質，實現了高溫(570℃)常壓下高轉化率的電解法合成氨，轉化率可達到78％，裝置如下圖：

鈀電極A是電解池的___極(填“陽”或“陰”)，陽極反應式為________。

（方法三）最新的“人工固氮”研究報道：在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑表面與水發(fā)生反應，直接生成氨氣和氧氣：

已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=－92 kJ／mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H=－571.6 kJ／mol

（5）寫出上述固氮反應的熱化學方程式___________。

Answer 1

【答案】0.04 c d C 陰 H2－2e－=2H+ 2N2(g)+6H2O(I)=4NH3(g)+3O2(g) △H=+1530.8kJ/mol

【解析】

（1）根據計算用N2的濃度變化表示的反應速率；

（2）根據平衡狀態(tài)標志判斷；

（3）勒夏特列原理適合解釋平衡移動；

（4）原電池中氮氣在正極上得到電子發(fā)生還原反應，氫氣在負極上失電子發(fā)生氧化反應。

（5）根據蓋斯定律計算2N2(g)+6H2O(I)=4NH3(g)+3O2(g)的焓變；

（1）若將1molN2和3molH2放入1L的密閉容器中，5min后N2的濃度為0.8mol/L，0.04 mol/(L·min)

（2）a. 正逆反應速率之比等于系數比，反應達到平衡，所以3v(N2)正=v(H2)逆達到平衡，故不選a；

b. N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在恒容容器中進行，密度是恒量；容器中氣體的密度不隨時間而變化，不一定平衡，故不選b；

c. N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反應過程中氣體分子數是變量，若容器中氣體的分子總數不隨時間而變化，一定平衡，故選c；

d. 根據 ，容器中氣體的平均相對分子質量是變量，若容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化，一定平衡，故選d。

（3）①催化劑不能使平衡移動，不能用勒夏特列原理解釋，故不選①； ②N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H<0，升高溫度，平衡逆向移動，不利于氨氣的生成，不能用勒夏特列原理解釋，故不選②； ③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，增大壓強，平衡正向移動，利于氨氣的生成，能用勒夏特列原理解釋，故選③；④及時將氨氣液化從體系中分離出來，平衡正向移動，利于氨氣的生成，能用勒夏特列原理解釋，故選④；故C正確。

（4）根據圖示，B電極是氫氣失電子生成氫離子，所以B是陽極，A是陰極；陽極電極反應式是H2－2e－=2H+；

（5）①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=－92 kJ／mol

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) △H=－571.6 kJ／mol

根據蓋斯定律①×2－②×3得 2N2(g)+6H2O(I)=4NH3(g)+3O2(g) △H=+1530.8kJ/mol