Question

氨氣是生產化肥、硝酸等的重要原料，圍繞合成氨人們進行了一系列的研究

（1）氫氣既能與氮氣又能與氧氣發生反應，但是反應的條件卻不相同。

已知：2H₂ (g) + O₂ (g) = 2H₂O (g)   ΔH = -483.6 kJ/mol

3H₂ (g) + N₂ (g)  2NH₃ (g)  ΔH = -92.4 kJ/mol

計算斷裂1 mol N≡N鍵需要能量       kJ ， 氮氣分子中化學鍵比氧氣分子中的化學鍵鍵      （填“強”或“弱”），因此氫氣與二者反應的條件不同。

（2）固氮是科學家致力研究的重要課題。自然界中存在天然的大氣固氮過程：N₂ (g) + O₂ (g) = 2NO (g)  ΔH = +180.8 kJ/mol ，工業合成氨則是人工固氮。

分析兩種固氮反應的平衡常數，下列結論正確的是        。

反應	大氣固氮	工業固氮
溫度/℃	27	2000	25	350	400	450
K	3.84×10-31	0.1	5×108	1.847	0.507	0.152

 

A．常溫下，大氣固氮幾乎不可能進行，而工業固氮非常容易進行

B．人類大規模模擬大氣固氮是無意義的

C．工業固氮溫度越低，氮氣與氫氣反應越完全

D．K越大說明合成氨反應的速率越大

（3）在恒溫恒容密閉容器中按照甲、乙、丙三種方式分別投料, 發生反應：3H₂ (g) + N₂ (g)  2NH₃ (g)測得甲容器中H₂的轉化率為40%。

	N2	H2	NH3
甲	1	3	0
乙	0.5	1.5	1
丙	0	0	4

判斷乙容器中反應進行的方向        。（填“正向”或“逆向”）

達平衡時，甲、乙、丙三容器中NH₃的體積分數大小順序為        。

（4）氨氣是合成硝酸的原料，寫出氨氣與氧氣反應生成一氧化氮和氣態水的熱化學方程式        。

 

Answer 1

【答案】

(9分)

（1）946 kJ/mol  （2分）   強（1分）

（2）BC（2分，少選得1分，多選錯選不得分）

（3）①逆向（1分）   ② 丙>甲=乙（1分）

（4）4NH₃(g) + 5NO(g) = 4NO(g) + 6H₂O(g)  ΔH= -904.4kJ/mol （2分） （化學反應書寫正確得1分，ΔH正確得1分）

【解析】

試題分析：

（1）斷裂3 molH-H鍵需要能量436×3kJ與斷裂1 mol N≡N鍵需要能量和減去形成2molNH₃放出能量的差值為-92.4 kJ/mol ，可知斷裂1 mol N≡N鍵需要能量946 kJ/mol；根據鍵能的大小可知氮氣分子中化學鍵比氧氣分子中的化學鍵鍵強。

（2）A．常溫下，根據平衡常數大氣固氮幾乎不可能進行，而工業固氮雖然平衡常數大，不代表反應容易進行，錯誤；B．大氣固氮反應程度很小，所以人類大規模模擬大氣固氮是無意義的，正確；C．工業固氮溫度越低，K越大，氮氣與氫氣反應越完全，正確；D．K越大說明合成氨反應程度很大，而不表示速率越大，錯誤。

    （3）①根據轉化率可知甲在建立平衡時各物質量分別為1.8,0.6，0.8，對比乙數據知乙中方向為逆向；② 甲乙為等效平衡，NH₃的體積分數相同，丙的物料相當于甲乙的兩倍，壓強增大平衡正移，NH₃的體積分數最大大，得：丙>甲=乙（1分）

（4）根據反應為：

①2H₂ (g) + O₂ (g) = 2H₂O (g)   ΔH = -483.6 kJ/mol

②3H₂ (g) + N₂ (g)  2NH₃ (g)  ΔH = -92.4 kJ/mol

③N₂ (g) + O₂ (g) = 2NO (g)  ΔH = +180.8 kJ/mol，

由①×3-②×2+③×2得4NH₃(g) + 5NO(g) = 4NO(g) + 6H₂O(g)   ΔH= -904.4kJ/mol

考點：考查化學鍵、鍵能、化學平衡，蓋斯定律等相關知識。