Question

(14分)科學(xué)家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實驗報道：在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑(混有少量Fe2O3的TiO2)表面與水發(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH3。進一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表(光照、N2壓強1.0×105 Pa、反應(yīng)時間3 h)：

T／K	303	313	323	353
NH3生成量/(10-6mol)	4.8	5.9	6.0	2.0

相應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：N2(g)+3H2O(1)==2NH3(g)+ O2(g) △H＝+765.2 kJ/mol (I)

請回答下列問題：

(1)請在方框內(nèi)的坐標(biāo)系中，畫出反應(yīng)(I)在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應(yīng)過程中體系能量變化示意圖，并進行必要標(biāo)注。

(2)與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應(yīng)速率慢。請?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH3日生成量的建議： 。

(3)寫出工業(yè)上用H2和N2直接合成NH3的化學(xué)方程式 ，設(shè)在2.0 L的密閉容器中充入0.60mol N2(g)和1.60mol H2(g)，反應(yīng)在一定條件下達到平衡時，NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(NH3的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總物質(zhì)的量之比)為4/7。計算該條件下N2的平衡轉(zhuǎn)化率為 ；反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝ (不要求寫單位)。

 

Answer 1

（1） （2）研制新型、高效催化劑

（3）N2（g）+3H2（g）） 2NH3（g）；66.7%；200

【解析】

試題分析：（1）催化劑是通過降低反應(yīng)的活化能來加快化學(xué)反應(yīng)速率的，使用催化劑后，活化能降低，故圖像為；

（2）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素：溫度、濃度、壓強、催化劑等外界因素，結(jié)合目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法，可以采用增大壓強的方法，此外還可以尋找高效的催化劑。

（3）H2和N2直接合成NH3的化學(xué)方程式為N2（g）+3H2（g）） 2NH3（g）。設(shè)平衡時有x molN2轉(zhuǎn)化，則

N2（g）+3H2（g）） 2NH3（g）

起始量（mol） 0.6        1.6               0

變化量（mol） x           3x               2x

平衡量（mol）（0.6-x）（1.6-3x） 2x mol

則有：

解得：x＝0.4（mol）

因此N2的平衡轉(zhuǎn)化率： ×100%＝66.7%

②由①可知，N2、H2、NH3平衡時的物質(zhì)的量分別為：0.2mol、0.4mol、0.8mol，在2.0L容器中濃度分別為：0.1mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L，則該溫度下平衡常數(shù)K= ＝200。

考點：考查外界條件對反應(yīng)速率的影響、可逆反應(yīng)的有關(guān)計算等