Question

（12分）現(xiàn)在普遍應(yīng)用的工業(yè)合成氨的方法是哈伯于1905年發(fā)明的，但此法反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不高。

（1）已知1 mol N₂(g)與適量H₂(g)完全反應(yīng)，當(dāng)生成NH₃(g)0.1mol時(shí)，放出9.22kJ熱量，寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：                                        。

（2）若該反應(yīng)在298K、398K時(shí)的化學(xué)平衡常數(shù)分別為K₁、K₂，則K₁      K₂（填“＞”  “=” 或 “＜” ）。

（3）在一定溫度下，向容積不變（始終為10L）的密閉容器中加入2 mol N₂、8 mol H₂ 及固體催化劑。10分鐘后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)變?yōu)槠鹗嫉?0％，此時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù)為           ，用氮?dú)獗硎镜姆磻?yīng)速率：                   。若想提高氨氣的產(chǎn)率，根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，請(qǐng)?zhí)岢龊侠淼慕ㄗh：                      （任意寫一條）。

（4）在上述相同條件下，若起始時(shí)加入4 mol NH₃、2 mol H₂及固體催化劑，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)比(3)中           （填“大”、“小”或“相等”）。

（5）隨著對(duì)合成氨研究的發(fā)展，2001年兩位希臘化學(xué)家提出了電解合成氨的方法，即在常壓下把氫氣和用氦氣稀釋的氮?dú)�，分別通入一個(gè)加熱到570℃的電解池中，采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）為介質(zhì)，用吸附在它內(nèi)外表面上的金屬鈀多晶薄膜做電極，實(shí)現(xiàn)了常壓、570℃條件下高轉(zhuǎn)化率的電解法合成氨（裝置如右圖）。在電解法合成氨的電解池中                (填“能”或“不能”) 用水作電解質(zhì)溶液的溶劑，原因是               。

鈀電極A是電解池的      極（填“陽(yáng)”或“陰”），該極上的電極反應(yīng)式是                 。

 

Answer 1

【答案】

（1）N₂(g)+3H₂(g)  2NH₃(g)   △H ＝-184.4 kJ·mol^-1   (2分)

（2） > (1分)

（3）25% (2分) ；0.01mol/(L·min) (1分)；增大氫氣濃度或增大氮?dú)鉂舛然蛟龃蠓磻?yīng)物濃度或降溫或增大壓強(qiáng)或及時(shí)轉(zhuǎn)移走生成的氨（其它合理答案均得分）(1分)

（4）相等 (1分)

（5）不能；新法合成氨電解池的反應(yīng)溫度是570℃時(shí)，水為水蒸氣；

陰 ； N₂  + 6e^－ +6H⁺ == 2NH₃  （4分，各1分）

【解析】（1）在熱化學(xué)方程式中，物質(zhì)的系數(shù)表示參加該反應(yīng)的各物質(zhì)的物質(zhì)的量：生成NH₃(g)0.1mol時(shí)，放出9.22kJ熱量，則生成NH₃(g)2mol時(shí)，放出9.22kJ×20=184.4 kJ熱量，故正確的熱化學(xué)方程式為：N₂(g)+3H₂(g)  2NH₃(g)   △H ＝-184.4 kJ·mol^-1；

（2）由（1）得：△H＜0，正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)，則K₁>K₂；

（3） N₂(g)+3H₂(g)  2NH₃(g)

 n₀    2mol  8mol        0

△n    x     3x         2x

n（平衡） 2-x  8-3x        2x

由PV=nRT，得：在恒溫、恒容條件下，P₁/P₂=n₁/n₂，

即P₁/（80％×P₁）=（2mol+8mol）/[（2-x）+(8-3x)+2x]，求解，得：x=1 mol；

氨氣的體積分?jǐn)?shù)=2x/[（2-x）+(8-3x)+2x]= 25%；

用氮?dú)獗硎镜姆磻?yīng)速率=（2x/10）mol·L^－1÷10 min=0.01mol/(L·min)；

若想提高氨氣的產(chǎn)率，即使平衡正向移動(dòng)；

（4）N₂(g)+3H₂(g)  2NH₃(g)

n₀’ 0    2mol       4mol

與（3）的初始態(tài)相當(dāng)，則（3）、（4）為“等效平衡”關(guān)系，故反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)比(3)中相等；

（5）有圖，得：向A極通入氮?dú)�，反�?yīng)后生成氨氣，則N由0價(jià)降低為-3價(jià)，也就是說(shuō)N發(fā)生了得電子的還原反應(yīng)，而發(fā)生還原反應(yīng)的電極定義為陰極