题目

题型：不详难度：来源：

人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程。
I.最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）实验氮的固定一电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率。总反应式为：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)，则在电解法合成氨的过程中，应将H₂不断地通入_________极（填“阴”或“阳”） ；向另一电极通入N₂，该电极的反应式为__________________________。
II.据报道，在一定条件下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH₃，相应的反应方程式为：2N₂(g)＋6H₂O(g)4NH₃(g)＋3O₂(g)  △H＝Q。
（1）上述反应的平衡常数表达式为_______________。
（2）取五份等体积N₂和H₂O的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入体积相同的恒容密闭容器中，在温度不相同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氮气的体积分数与反应温度T的关系曲线如图所示，则上述反应的Q________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

（3）若上述反应在有催化剂的情况下发生，则下图所示的a、b、c、d四条曲线中，能表示反应体系能量变化的是_______（选填字母代号），图中△H的绝对值为1530kJ·mol^-1。

III.目前工业合成氨的原理是：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)   △H＝－93.0kJ/mol。
回答下列问题：
（1）结合II中的数据，则O₂(g)＋2H₂(g)＝2H₂O(g)的△H＝______________。
（2）在一定温度下，将1molN₂和3mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8mol。
①达平衡时，H₂的转化率α₁＝______________。
②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率为α₂，当α₁＋α₂＝1时，则起始时NH₃的物质的量n(NH₃)＝_____________mol。

答案

Ⅰ. 阳（1分）    N₂＋6H^＋＋6e^－===2NH₃ （2分）
Ⅱ.（1）K＝（2分）（2）＞（2分）  （3）d（2分）
Ⅲ. （1）－572.0 kJ·mol^－1（2分，单位不写不给分）  （2）①60%（2分）   ②2（1分）

解析

试题分析：Ⅰ.电解池中阳极失去电子发生氧化反应，阴极得到电子，发生还原反应。所以从总反应可以判断出H₂是被氧化，应该在阳极通入，N₂在阴极发生还原反应，在阴极通入，电极反应式是N₂+ 6H⁺+6e^-＝2NH₃。
Ⅱ.（1）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据反应方程式可知，该反应的平衡常数的表达式K＝。
（2）曲线是在相同时间内氮气的体积分数随温度变化的关系，曲线的变化先增大后变小。温度升高反应速率加快。在此题中，反应相同时间，低温下的两点是未达到平衡的两点，随温度的升高，氮气的体积分数随温度升高而变大。曲线的最高点是某温度下达到平衡的点，之后的两点，均是平衡后的氮气的体积分数，且随温度升高而降低，这说明升高温度平衡向正方应方向移动，因此生成氮气的反应是放热反应，即此反应的正反应为吸热反应。
（3）根据（2）的结论，反应是吸热反应，应从c、d曲线中找答案。使用催化剂可以降低反应的活化能，因此应该选d。
Ⅲ.（1）反应①N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)和反应②2N₂(g)＋6H₂O(g)4NH₃(g)＋3O₂(g)并依据则根据盖斯定律可知，①×－②×即得到反应O₂(g)＋2H₂(g)＝2H₂O(g)，所以该反应的反应热△H＝2/3×（－93 kJ·mol^－1）－1/3×1530 kJ·mol^－1＝－572 kJ·mol^－1。
（2）①由N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)可知，4mol的反应物完全反应，总物质的量减小2mol。因此当减少（4－2.8）mol＝1.2mol时，参加反应的H₂为1.8mol，所以氢气的转化率为×100%＝60﹪。
②设氨气的物质的量是x。α₁＋α₂＝1，所以α₂＝40%。平衡时氨气的物质的量是1.2mol，所以消耗氨气是x－1.2mol，则x×40%＝x－1.2mol，解得x＝2.0mol。