Question

氨是最重要的氮肥，是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一。課本里介紹的合成氨技術(shù)叫哈伯法，是德國人哈伯在1905年發(fā)明的，其合成原理為N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)；ΔH＜0，他因此獲得了1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。工業(yè)上合成氨的部分工藝流程如下：

反應(yīng)體系中各組分的部分性質(zhì)見下表：

氣體	氮?dú)?/p>	氫氣	氨
熔點(diǎn)/℃	-210.01	-252.77	-77.74
沸點(diǎn)/℃	-195.79	-259.23	-33.42

(1)合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)很小，所以在工業(yè)上采取氣體循環(huán)的流程，即反應(yīng)后通過把混合氣體的溫度降低到____________，使混合氣體分離出產(chǎn)品，N₂、H₂繼續(xù)循環(huán)。寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：K=____________。

(2)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的觀點(diǎn)說明工業(yè)上采用“使混合氣體分離出產(chǎn)品，N₂、H₂繼續(xù)循環(huán)”的生產(chǎn)措施的理由：___________________________________________________。

(3)已知拆開1 mol H—H鍵、1 mol N—H鍵、1 mol N≡N鍵分別需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ，則N₂與H₂反應(yīng)生成NH₃的熱化學(xué)方程式為_____________________________。

(4)合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應(yīng)：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)，在673 K、30 MPa下，n(NH₃)和n(H₂)隨時(shí)間變化的關(guān)系如下圖甲所示。下列敘述正確的是____________。

A.點(diǎn)a的正反應(yīng)速率比點(diǎn)b的大

B.點(diǎn)c處反應(yīng)達(dá)到平衡

C.點(diǎn)d(t₁時(shí)刻)和點(diǎn)e(t₂時(shí)刻)處n(N₂)不一樣

D.其他條件不變，773 K下反應(yīng)至t₁時(shí)刻，n(H₂)比圖中d點(diǎn)的值大

(5)1998年希臘亞里斯多德大學(xué)的Marncellos和Stoukides采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷(能傳遞H⁺)，實(shí)現(xiàn)了高溫常壓下高轉(zhuǎn)化率的電化學(xué)合成氨，其實(shí)驗(yàn)裝置如下圖乙。陰極的電極反應(yīng)式為__________________________________________________________________。

         

                  甲                                                 乙

Answer 1

(1)-33.42 ℃ 

(2)增大氮?dú)夂蜌錃獾臐舛扔欣�于增大反�?yīng)速率；減小氨氣的濃度，增大氮?dú)夂蜌錃獾臐舛染�有利于平衡向正反�?yīng)方向移動(dòng)

(3)N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)；ΔH=-92 kJ·mol^-1 

(4)AD 

(5)N₂+6H⁺+6e^- 2NH₃

解析：本題以工業(yè)合成氨為背景，考查化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式、熱化學(xué)方程式、電極反應(yīng)式的書寫以及化學(xué)平衡移動(dòng)原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。第(1)問，從表中數(shù)據(jù)知氨的沸點(diǎn)為-33.42 ℃，在此溫度下，氨變?yōu)橐簯B(tài)，可以從混合物中分離出來。第(2)問，對平衡的移動(dòng)和化學(xué)反應(yīng)速率同時(shí)考查。分離出氨，相當(dāng)于減小了生成物，可促使平衡正向移動(dòng)；將N₂和H₂循環(huán)使用，相當(dāng)于增加了反應(yīng)物濃度，可增大化學(xué)反應(yīng)的速率。第(3)問，由化學(xué)鍵首先計(jì)算出反應(yīng)熱，ΔH=1 mol×946 kJ+3 mol×436 kJ-6 mol×391 kJ=-92 kJ·mol^-1，此外還要標(biāo)明物質(zhì)的狀態(tài)。第(4)問，此圖表示的是nt圖，當(dāng)兩條線變成平行直線時(shí)就表示反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到了平衡。A項(xiàng)中a點(diǎn)還沒有平衡，正反應(yīng)速率比逆反應(yīng)速率大，正確。B項(xiàng)，c點(diǎn)是兩交叉點(diǎn)，但反應(yīng)還在繼續(xù)正向移動(dòng)，因而不是平衡點(diǎn)，錯(cuò)誤。C項(xiàng)，在d點(diǎn)和e點(diǎn)均已達(dá)平衡，因而n(N₂)不再變化；D項(xiàng)，773 K比圖象的673 K溫度高，而合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)n(N₂)也就增大。第(5)問，陰極是還原反應(yīng)，化合價(jià)應(yīng)降低，則只能是N₂(0價(jià))變?yōu)镹H₃(-3價(jià))，又在酸性條件下，則電極方程式可寫成：N₂+6H⁺+6e^-2NH₃。