Question

11．氨是一種重要的化工原料，氨的合成和應用是當前的重要研究內容之一．
（1）傳統哈伯法合成氨工藝中相關的反應式為：N₂（g）+3H₂（g）$?_{△}^{催化劑}$2NH₃（g），△H＜0
①該反應的平衡常數K的表達式為：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．升高溫度，K值減小（填“增大”“減小”或“不變”）．
②不同溫度、壓強下，合成氨平衡體系中NH₃的物質的量分數見下表（N₂和H₂的起始物質的量之比為1：3）．分析表中數據，200℃、100MPa（填溫度和壓強）時H₂轉化率最高，實際工業生產中不選用該條件的主要原因是壓強太高生產設備條件難以實現．

氨的平衡（MP）含量%壓強溫度（℃）	0.1	10	20	30	60	100
200	15.3	81.5	86.4	89.9	95.4	98.8
300	2.2	52.0	64.2	71.0	84.2	92.6
400	0.4	25.1	38.2	47.0	65.2	79.8
500	0.1	10.6	19.1	26.4	42.2	57.5
600	0.05	4.5	9.1	13.8	23.1	31.4

③下列關于合成氨說法正確是B（填字母）
A．使用催化劑可以提高氮氣的轉化率
B．尋找常溫下的合適催化劑是未來研究的方向
C．由于△H＜0、△S＞0，故合成氨反應一定能自發進行
（2）最近美國Simons等科學家發明了不必使氨先裂化為氫就可直接用于燃料電池的方法．其裝置為用鉑黑作為電極，加入堿性電解質溶液中，一個電極通入空氣，另一電極通入氨氣．其電池反應為4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，寫出負極電極反應式2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）①平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；根據溫度對平衡移動的影響判斷平衡常數的變化；
②H₂轉化率最高時，氨氣的含量最大；
③A．催化劑不影響平衡移動；
B．尋找常溫下的合適催化劑可減少能量的消耗；
C．此反應為熵減的反應，即△S＜0；
（2）氨氣為堿性氣體，易與酸反應，應用堿性電解質，負極發生氧化反應．

解答 解：（1）①根據化學方程式可寫出平衡常數為k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，由于反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則平衡常數減小，故答案為：k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；減小；
②200℃、100MPa時氨氣的含量最大，則H₂轉化率最高，但實際工業生產中壓強不能太大，因壓強太高，對生產設備要求也高，難以實現，故答案為：200℃、100MPa；壓強太高，對生產設備要求也高，難以實現；
③A．催化劑不影響平衡移動，故A錯誤；
B．尋找常溫下的合適催化劑可減少能量的消耗，為研究的主要方向，故B正確；
C．△S＜0，需在一定溫度下才能進行，故C錯誤；故答案為：B；
（2）負極發生氧化反應，氨氣被氧化生產氮氣，電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂．

點評 本題考查化學平衡、電化學等知識，題目難度中等，本題影響化學平衡的因素，把握電極反應式的書寫．