Question

【題目】哈伯法合成氨技術的相關反應為：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=－93kJ/mol

(1)試根據表中所列鍵能數據計算a的數值為_____________。

(2)在600℃下，向2L密閉容器中充入一定量的反應物并開始上述反應，圖表示N2的物質的量隨時間的變化曲線。

用H2表示0~10min內該反應的平均速率v(H2)= _____________，若該溫度下K=0.0016L2/mol2，則在10min時c(H2)= _____________。

(3)在哈伯合成法中，平衡時NH3的體積分數與反應體系的壓強(P)、溫度(T)的關系如圖B。則P1_____________P2(選填¨大于”、“小于”或¨不能確定”)，其他條件相同，不同壓強下在剛開始反應時反應物活化分子濃度較大的是_____________(選填“P1”、“P2”、“P3”或“不能確定”)，在日本的合成氨工業中，選擇合成溫度為700℃的較高溫，試從化學動力學的角度分析其理由是_____________。

(4)研究表明，合成氨的速率與相關物質的濃度的關系為v=kc(N2)c(H2)3/2c(NH3)－1，k為速率常數。能使合成氨的速率增大的措施是_____________。

A.使用更有效的催化劑

B.總壓強一定，增大n(N2 )/n(H2)的值

C.升高反應溫度

D.按照原來比值增大反應物的濃度

E.將原容器中NH3及時分離出來

(5)如圖是利用NH3催化氧化釋放出電能的電池結構示意圖(氧化產物為無污染性氣體)，放電時O2應從_____________(填“a”或“b”)處通入，該電池負極的電極反應式為_____________。

Answer 1

【答案】391 0.06mol/（Lmin） 10mol/L 大于 P1 溫度越高，反應速率越大（或提高催化劑的催化活性） ACDE b 2NH3—6e—=N2+6H+

【解析】

（1）根據反應熱等于反應物的總鍵能-生成物的總鍵能求算；

（2）根據起始和平衡時氮氣的濃度計算參加反應的氫氣濃度和生成氨氣的濃度，根據速率和平衡常數公式計算；

（3）合成氨的反應是一個氣體體積減小的放熱反應，增大壓強，平衡右移，氨氣的體積分數增大；升高溫度，平衡左移，氨氣的體積分數減小，但反應速率增大；

（4）由合成氨的速率與相關物質的濃度的關系為v=kc(N2)c(H2)3/2c(NH3)－1可知，反應速率的大小與反應物和生成物的濃度有關，增大c(H2)和c(N2)可增大反應速率，減小c(NH3)也可以增大反應速率。

（5）由電子流向可知，a電極為原電池負極，b電極為原電池正極。

（1）由反應熱與鍵能的關系可得，△H=（反應物的總鍵能-生成物的總鍵能）945kJmol-1+436kJmol-1×3-6a=-93kJmol-1，解得a=391，故答案為：391；

（2）由圖可知，從反應開始到平衡時氮氣的變化量為0.4mol，由方程式可知參加反應的氫氣的物質的量為0.4mol×3=1.2mol、氨氣的生成量為0.4mol×2=0.8mol。氫氣的反應速率為1.2 mol/2L/10min=0.06mol/（Lmin）；平衡時，c(N2)為0.1mol/L，c(NH3)為0.4mol/L，由化學平衡常數K==0.0016，解得c(H2)=10 mol/L，故答案為：0.06mol/（Lmin）；10 mol/L；

（3）由圖可知，溫度相同時，氨氣的體積分數由大到小的順序為P1＞P2＞P3。該反應是一個氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡右移，氨氣的體積分數增大，則壓強的大小關系為P1＞P2；其他條件相同，壓強越大，剛開始反應時反應物濃度越大，活化分子濃度較大，則剛開始反應時反應物活化分子濃度較大的是P1；合成氨反應是一個放熱反應，升高溫度，平衡左移，氨氣的體積分數減小，但溫度越高，化學反應速率越大，達到平衡所需時間越小，故答案為：大于；P1；溫度越高，化學反應速率越大；

（4）由合成氨的速率與相關物質的濃度的關系為v=kc(N2)c(H2)3/2c(NH3)－1可知，反應速率的大小與反應物和生成物的濃度有關，增大c(H2)和c(N2)或減小c(NH3）均可以增大反應速率，。

A、使用更有效的催化劑，降低反應活化能，增大反應速率；

B、由合成氨的速率與相關物質的濃度的關系可知，c(H2)對速率的影響大于c(N2)，總壓強一定時，增大n(N2 )/n(H2)的值相當于減小c(H2)，減小反應速率；

C、升高反應溫度，活化分子數增大，增大反應速率；

D、按照原來比值增大反應物c(H2)和c(N2)，增大反應速率；

E、將原容器中NH3及時分離出來，減小c(NH3)，增大反應速率；

故能使合成氨的速率增大的措施為：ACDE；

（5）由電子流向可知，a電極為原電池負極，b電極為原電池正極，O2應從b電極通入發生還原反應，NH3應從a電極通入發生氧化反應生成N2，電極反應式為2NH3—6e—=N2+6H+，故答案為：b；2NH3—6e—=N2+6H+。