Question

科學家一直致力研究常溫、常壓下“人工圍氮”的新方法．曾有實驗報道：在常溫、常壓、學照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發生反應，生成的主要產物為NH₃．進一步研究NH₃生成量與溫度的關系，部分實驗數據見下表（光照、N₂壓力1.0×10⁵Pa、反應時間3h）：

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

相應的熱化學方程式如下：N₂（g）+3H₂O（1）=2NH₃（g）+

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O₂（g）△H=+765.2kJ?mol^-1
回答下列問題：
（1）與目前廣泛使用的工業合成氨方法相比，該方法中固氮反應速率慢．請提出可提高其反應速率且增大NH₃生成量的建議：

升高溫度，增大反應物N₂的濃度，不斷移出生成物脫離反應體系

．
（2）工業合成氨的反應為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．設在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60mol N₂（g）和1.60mol H₂（g）．反應在一定條件下達到平衡時，NH₃的物質的量分數（NH₂的物質的量與反應體系中總的物質的量之比）為

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．計算
①該條件下N₂的平衡轉化率；
②該條件下反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數．

Answer 1

分析：（1）平衡向正反應移動可增大氨氣的產生量；升高溫度，增大反應物濃度等可以增大反應速率；
（2）令參加反應的氮氣的物質的量為nmol，根據三段式用n表示出各組分的物質的量的變化量、平衡時各組分的物質的量．在根據NH₃的物質的量分數，列方程計算n的值；
①根據轉化率的定義計算該條件下N₂的平衡轉化率；
②平衡常數指生成物濃度的系數次冪之積與反應物濃度系數次冪之積的比值，平衡常數k=

c3(H2)?c(N2)

c2(NH3)

．相同溫度下，同一可逆反應的正逆平衡常數互為倒數關系．

解答：解：（1）該反應正反應是吸熱反應，升高溫度，使化學平衡向正反應方向移動，從而增大NH₃生成量，升高溫度也能提高反應速率；增大反應N₂濃度，加快反應速率，并使化學平衡向右移動；不斷移出生成物脫離反應體系，使平衡向右移動，增大NH₃生成量，
故答案為：升高溫度，增大反應物N₂的濃度，不斷移出生成物脫離反應體系；
（2）對于反應N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）
開始（mol）：0.6     1.6               0
變化（mol）：n       3n                2n
平衡（mol）：0.6-n   1.6-3n            2n
所以

2nmol

(o.6-n)mol+(1.6-3n)mol+2nmol

=

4

7

，解得n=0.4，
①由三段式解題法計算可知，平衡時參加反應的氮氣的物質的量為0.4mol，
起始時，氮氣的物質的量為0.6mol，
所以該條件下N2的平衡轉化率為

0.4mol

0.6mol

×100%=66.7%，
答：該條件下N2的平衡轉化率：66.7%；
②由三段式解題法計算可知，平衡時，c（N₂）=

(0.6-0.4)mol

2L

=0.1mol/l；c（H₂）=

(1.6-3×0.4)mol

2L

=0.2mol/l； c（NH₃）=

2×0.4mol

2L

=0.4mol/l．
所以該條件下反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數k=

c3(H2)?c(N2)

c2(NH3)

=

0.23×0.1

0.42

=0.005，
答：該條件下反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數為0.005．

點評：本題考查平衡移動與計算、平衡常數等，難度不大，注意三段式解題法的利用．