Question

18．氮的固定是指將氮元素由游離態轉化為化合態的過程．
Ⅰ．（1）在容積固定且為2L的密閉容器中進行反應：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
恒溫條件下，體系中某兩種物質的物質的量隨時間關系如圖1，回答下列問題：
用H₂表示15分鐘內的反應速率為v（H₂）=0.02mol/（L•min）．
（2）實驗室制取氨氣的化學反應方程式：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
Ⅱ．自然界里氮的固定途徑之一是在閃電的作用下，N₂與O₂反應生成NO．
（1）反應需要在閃電或極高溫條件下發生，說明該反應A．（填字母）
A．所需的活化能很高            B．吸收的能量很多
（2）在不同溫度下，反應N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的平衡常數K如下表：

溫度/℃	1538	1760	2404
平衡常數K	0.86×10-4	2.6×10-4	64×10-4

該反應的△H＞0．（填“＞”、“=”或“＜”）
Ⅲ．最近一些科學家研究用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）實現氮的固定--電解法合成氨，大大提高了氮氣和氫氣的轉化率．總反應式為：N₂+3H₂$?_{一定條件}^{SCT陶瓷}$2NH₃，則在電解法合成氨的過程中，應將H₂不斷地通入陽極（填“陰”或“陽”），向另一電極通入N₂，該電極的反應式為N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．
Ⅳ．據報道，在一定條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發生反應，主要產物為NH₃，相應的反應方程式為：2N₂（g）+6H₂O （g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=Q kJ/mol
（1）上述反應的平衡常數表達式為$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$．
（2）取五份等體積N₂和H₂O的混合氣體（物質的量之比均為1：3），分別加入體積相同的恒容密閉容器中，在溫度不同的情況下發生反應，反應相同時間后，測得氨氣的體積分數φ（N₂）與反應溫度T的關系曲線如圖2所示，則上述反應的Q＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）a變化0.2mol，b變化0.4mol，二者物質的量之比為1：2，則a為氮氣、b為氨氣，由方程式可知氫氣變化量為0.2mol×3=0.6mol，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算；
（2）實驗室用氯化銨與熟石灰制備氨氣，反應生成氯化鈣、氨氣與水；
Ⅱ．（1）閃電或者高溫，主要是提供能量給N₂分子，讓其破壞變成氮原子，因此，只能說明引發反應所需要的能量高即活化能，不能說明反應吸收的能量高；
（2）由表中數據可知，隨溫度升高平衡常數增大，說明升高溫度平衡向正反應方向移動；
Ⅲ．總反應式為：N₂+3H₂?2NH₃，在電解法合成氨的過程中，陽極發生氧化反應，陰極發生還原反應，在陽極通入H₂，氮氣通入陰極，氮氣得電子發生還原反應，與通過質子交換膜的氫離子結合生成氨氣；
Ⅳ．（1）平衡常數指生成物平衡濃度化學計量數冪乘積與反應物平衡濃度化學計量數冪乘積的比；
（2）反應相同時間，低溫下的兩點是未達到平衡的兩點，隨溫度的升高，氮氣的體積分數增大，曲線的最高點是某溫度下達到平衡的點，之后的兩點，皆是平衡后的氮氣的體積分數，且隨溫度升高而降低，平衡向逆反應移動，則正反應為放熱反應．

解答 解：Ⅰ．（1）a變化0.2mol，b變化0.4mol，二者物質的量之比為1：2，則a為氮氣、b為氨氣，由方程式可知氫氣變化量為0.2mol×3=0.6mol，則15分鐘內的反應速率為v（H₂）=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{15min}$=0.02mol/（L•min），
故答案為：0.02mol/（L•min）；
（2）實驗室用氯化銨與熟石灰制備氨氣，反應生成氯化鈣、氨氣與水，反應方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
Ⅱ．（1）閃電或者高溫，主要是提供能量給N₂分子，讓其破壞變成氮原子，因此，只能說明引發反應所需要的能量高即活化能，不能說明反應吸收的能量高，
故答案為：A；
（2）在不同溫度下，反應N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的平衡常數K隨溫度升高增大，說明升高溫度平衡向正反應方向移動，所以正反應方向是吸熱反應，△H＞0，
故答案為：＞；
Ⅲ．總反應式為：N₂+3H₂?2NH₃，在電解法合成氨的過程中，陽極發生氧化反應，陰極發生還原反應，在陽極通入H₂，氮氣通入陰極，氮氣得電子發生還原反應，與通過質子交換膜的氫離子結合生成氨氣，電極反應式為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案為：陽極；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
Ⅳ．（1）2N₂（g）+6H₂O （g）?4NH₃（g）+3O₂（g）平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$；
（2）反應相同時間，低溫下的兩點是未達到平衡的兩點，隨溫度的升高，氮氣的體積分數增大，曲線的最高點是某溫度下達到平衡的點，之后的兩點，皆是平衡后的氮氣的體積分數，且隨溫度升高而降低，平衡向逆反應移動，則正反應為放熱反應，即Q＜0，
故答案為：＜．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、反應速率計算、化學平衡常數、電解原理應用等，側重考查學生分析解決問題的能力，難度中等．