Question

人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的過程。
I.最近一些科學家研究采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）實驗氮的固定一電解法合成氨，大大提高了氮氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率。總反應(yīng)式為：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)，則在電解法合成氨的過程中，應(yīng)將H₂不斷地通入_________極（填“陰”或“陽”） ；向另一電極通入N₂，該電極的反應(yīng)式為__________________________。
II.據(jù)報道，在一定條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應(yīng)，主要產(chǎn)物為NH₃，相應(yīng)的反應(yīng)方程式為：2N₂(g)＋6H₂O(g)4NH₃(g)＋3O₂(g)  △H＝Q。
（1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為_______________。
（2）取五份等體積N₂和H₂O的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入體積相同的恒容密閉容器中，在溫度不相同的情況下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)相同時間后，測得氮氣的體積分數(shù)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖所示，則上述反應(yīng)的Q________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

（3）若上述反應(yīng)在有催化劑的情況下發(fā)生，則下圖所示的a、b、c、d四條曲線中，能表示反應(yīng)體系能量變化的是_______（選填字母代號），圖中△H的絕對值為1530kJ·mol^-1。

III.目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)   △H＝－93.0kJ/mol。
回答下列問題：
（1）結(jié)合II中的數(shù)據(jù)，則O₂(g)＋2H₂(g)＝2H₂O(g)的△H＝______________。
（2）在一定溫度下，將1molN₂和3mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，達到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質(zhì)的量為2.8mol。
①達平衡時，H₂的轉(zhuǎn)化率α₁＝______________。
②在相同條件下，若起始時只將NH₃置于該容器中，達到平衡狀態(tài)時NH₃的轉(zhuǎn)化率為α₂，當α₁＋α₂＝1時，則起始時NH₃的物質(zhì)的量n(NH₃)＝_____________mol。

Answer 1

Ⅰ. 陽（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，單位不寫不給分）  （2）①60%（2分）   ②2（1分）

試題分析：Ⅰ.電解池中陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。所以從總反應(yīng)可以判斷出H₂是被氧化，應(yīng)該在陽極通入，N₂在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，在陰極通入，電極反應(yīng)式是N₂+ 6H⁺+6e^-＝2NH₃。
Ⅱ.（1）化學平衡常數(shù)是在一定條件下，當可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)反應(yīng)方程式可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達式K＝。
（2）曲線是在相同時間內(nèi)氮氣的體積分數(shù)隨溫度變化的關(guān)系，曲線的變化先增大后變小。溫度升高反應(yīng)速率加快。在此題中，反應(yīng)相同時間，低溫下的兩點是未達到平衡的兩點，隨溫度的升高，氮氣的體積分數(shù)隨溫度升高而變大。曲線的最高點是某溫度下達到平衡的點，之后的兩點，均是平衡后的氮氣的體積分數(shù)，且隨溫度升高而降低，這說明升高溫度平衡向正方應(yīng)方向移動，因此生成氮氣的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即此反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。
（3）根據(jù)（2）的結(jié)論，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，應(yīng)從c、d曲線中找答案。使用催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，因此應(yīng)該選d。
Ⅲ.（1）反應(yīng)①N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)和反應(yīng)②2N₂(g)＋6H₂O(g)4NH₃(g)＋3O₂(g)并依據(jù)則根據(jù)蓋斯定律可知，①×－②×即得到反應(yīng)O₂(g)＋2H₂(g)＝2H₂O(g)，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△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的反應(yīng)物完全反應(yīng)，總物質(zhì)的量減小2mol。因此當減少（4－2.8）mol＝1.2mol時，參加反應(yīng)的H₂為1.8mol，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率為×100%＝60﹪。
②設(shè)氨氣的物質(zhì)的量是x。α₁＋α₂＝1，所以α₂＝40%。平衡時氨氣的物質(zhì)的量是1.2mol，所以消耗氨氣是x－1.2mol，則x×40%＝x－1.2mol，解得x＝2.0mol。