Question

【題目】合成氨技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑，解決了億萬人口生存問題。

回答下列問題：

（1）科學(xué)家研究利用鐵觸媒催化合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用“ad”表示。

由圖可知合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H=___kJmol-1。該歷程中速率最快的一步的活化能（E）為__kJmol-1。

（2）工業(yè)合成氨反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，當(dāng)進(jìn)料體積比V(N2)∶V(H2)=1∶3時，平衡氣體中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度和壓強(qiáng)變化的關(guān)系如圖所示：

①500℃時，反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp(100MPa)__Kp(30MPa)。（填“＜”、“＝”、“＞”）

②500℃、30MPa時，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率為__（保留3位有效數(shù)字），Kp=__(MPa)-2（列出計算式）。

[Kp為平衡分壓代替平衡濃度計算求得的平衡常數(shù)（分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）]

（3）科學(xué)家利用電解法在常溫常壓下合成氨，工作時陰極區(qū)的微觀示意圖如圖，其中電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的惰性有機(jī)溶劑。

①陰極區(qū)生成NH3的電極反應(yīng)式為___。

②下列說法正確的是__（填標(biāo)號）。

A.該裝置用金(Au)作催化劑，目的是降低N2的鍵能

B.三氟甲磺酸鋰的作用是增強(qiáng)導(dǎo)電性

C.選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進(jìn)入裝置

Answer 1

【答案】-92 17 = 33.3% N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O- BC

【解析】

（1）利用蓋斯定律，起點為氮氣和氫氣，終點為氨氣，計算反應(yīng)焓變；

（2）根據(jù)平衡常數(shù)定律和公式進(jìn)行計算；

（3）從圖上觀察，陰極區(qū)氮氣與乙醇反應(yīng)生成氨氣和C2H5O-。

（1）由圖可知，合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H=生成物總能量-反應(yīng)物總能量=kJmol-1。該歷程中速率最快的反應(yīng)，即吸熱最少的反應(yīng)，活化能（E）為17kJmol-1。

（2）①由平衡常數(shù)定義可知，500℃時，溫度恒定，相同可逆反應(yīng)，反應(yīng)的平衡常數(shù)不變，Kp(100MPa) ＝Kp(30MPa)。

②500℃、30MPa時，氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%，在恒溫恒壓時，物質(zhì)的量之比與體積之比相同，即進(jìn)料體積比V(N2)∶V(H2)=1∶3，可假設(shè)N2加入了1mol，H2加入了3mol，平衡轉(zhuǎn)化了xmol氮氣：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

反應(yīng)前 1 3 0

變化量 x 3x 2x

平衡時 1-x 3-3x 2x

氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)==20%。即x=mol，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率為=33.3%；平衡時，氮氣和氨氣的物質(zhì)的量一致，即物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)均為20%，氫氣為60%，Kp== (MPa)-2。

（3）①根據(jù)電解池原理，氮氣與乙醇得電子生成氨氣，陰極區(qū)生成NH3的電極反應(yīng)式為N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-。

②A.該裝置用金(Au)作催化劑，目的是降低反應(yīng)活化能，不能降低N2的鍵能，A錯誤；

B.從陰極反應(yīng)看，三氟甲磺酸鋰并未參加反應(yīng)，作用是增強(qiáng)導(dǎo)電性，B正確；

C.從圖中可知，選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進(jìn)入裝置，C正確；

答案為BC。