题目

题型：不详难度：来源：

（8分）科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面与水发生反应，生成的主要产物为NH₃。进一步研究NH₃生成量与温度的关系，部分实验数据见下表（光照、N₂压力1.0×10⁵Pa、反应时间3h）：

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

相应的热化学方程式如下：
N₂（g）+3H₂O（l）====2NH₃（g）+O₂（g） ΔH=+765.2kJ·mol^-1
回答下列问题：
（1）右图是上述反应在无催化剂情况下反应过程中体系能量变化示意图，请在图中画出在有催化剂情况下反应过程中体系能量变化示意图。

（2）与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH₃生成量的建议：                                                  。
（3）工业合成氨的反应为N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）。设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60molN₂（g）和1.60molH₂（g），反应在一定条件下达到平衡时，NH₃的物质的量分数（NH₂的物质的量与反应体系中总的物质的量之比）为。计算
①该条件下N₂的平衡转化率是                    ；
②该条件下反应2NH₃（g）N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数为                    。
③若温度不变，减小容器体积，则平衡向_{---------------------------}移动，c(NH₃)将_{--------------------}
c(N₂)将_{----------------------}（填增大、减小或不变）                 

答案

（1）画图略。（2分）
（2）升高温度，增大反应物N₂的浓度，不断移出生成物(2分)
（3）66.7%（2分）0.005（2分）

解析

（1）作图要点：①催化剂可降低反应的活化能，但这对各反应前后能量变化并不产生任何影响。
②该反应为吸热反应，所以反应物的总能量要低于生成物的总能量。
（2）该反应的正反应是吸热反应，升高温度，使化学平衡向正反应方向移动，从而增大NH₃的生成量，升高温度也能提高反应速率；增大反应物N₂的浓度，加快反应速率，并使化学平衡向右移动；不断移出生成物，使平衡向右移动，增大NH₃的生成量。
（3）由三行式法计算可知，起始时，c（N₂）=0.3mol·L^-1。平衡时，c（N₂）=0.1 mol·L^-1;c（H₂）=0.2  mol·L^-1;c（NH₃）=0.4  mol·L^-1。
①所以N₂的平衡转化率。
④ 反应2NH₃（g）====N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数。