Question

18．氮的固定是指將氮元素由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的過程．
Ⅰ．（1）在容積固定且為2L的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
恒溫條件下，體系中某兩種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時(shí)間關(guān)系如圖1，回答下列問題：
用H₂表示15分鐘內(nèi)的反應(yīng)速率為v（H₂）=0.02mol/（L•min）．
（2）實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的化學(xué)反應(yīng)方程式：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
Ⅱ．自然界里氮的固定途徑之一是在閃電的作用下，N₂與O₂反應(yīng)生成NO．
（1）反應(yīng)需要在閃電或極高溫條件下發(fā)生，說明該反應(yīng)A．（填字母）
A．所需的活化能很高            B．吸收的能量很多
（2）在不同溫度下，反應(yīng)N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的平衡常數(shù)K如下表：

溫度/℃	1538	1760	2404
平衡常數(shù)K	0.86×10-4	2.6×10-4	64×10-4

該反應(yīng)的△H＞0．（填“＞”、“=”或“＜”）
Ⅲ．最近一些科學(xué)家研究用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）實(shí)現(xiàn)氮的固定--電解法合成氨，大大提高了氮?dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率．總反應(yīng)式為：N₂+3H₂$?_{一定條件}^{SCT陶瓷}$2NH₃，則在電解法合成氨的過程中，應(yīng)將H₂不斷地通入陽極（填“陰”或“陽”），向另一電極通入N₂，該電極的反應(yīng)式為N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．
Ⅳ．據(jù)報(bào)道，在一定條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應(yīng)，主要產(chǎn)物為NH₃，相應(yīng)的反應(yīng)方程式為：2N₂（g）+6H₂O （g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=Q kJ/mol
（1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$．
（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，在溫度不同的情況下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)相同時(shí)間后，測(cè)得氨氣的體積分?jǐn)?shù)φ（N₂）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖2所示，則上述反應(yīng)的Q＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）a變化0.2mol，b變化0.4mol，二者物質(zhì)的量之比為1：2，則a為氮?dú)�、b為氨氣，由方程式可知?dú)錃庾兓�量�?.2mol×3=0.6mol，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
（2）實(shí)驗(yàn)室用氯化銨與熟石灰制備氨氣，反應(yīng)生成氯化鈣、氨氣與水；
Ⅱ．（1）閃電或者高溫，主要是提供能量給N₂分子，讓其破壞變成氮原子，因此，只能說明引發(fā)反應(yīng)所需要的能量高即活化能，不能說明反應(yīng)吸收的能量高；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)增大，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
Ⅲ．總反應(yīng)式為：N₂+3H₂?2NH₃，在電解法合成氨的過程中，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，在陽極通入H₂，氮?dú)馔ㄈ腙帢O，氮?dú)獾秒娮影l(fā)生還原反應(yīng)，與通過質(zhì)子交換膜的氫離子結(jié)合生成氨氣；
Ⅳ．（1）平衡常數(shù)指生成物平衡濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪乘積與反應(yīng)物平衡濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪乘積的比；
（2）反應(yīng)相同時(shí)間，低溫下的兩點(diǎn)是未達(dá)到平衡的兩點(diǎn)，隨溫度的升高，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)增大，曲線的最高點(diǎn)是某溫度下達(dá)到平衡的點(diǎn)，之后的兩點(diǎn)，皆是平衡后的氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)，且隨溫度升高而降低，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．

解答 解：Ⅰ．（1）a變化0.2mol，b變化0.4mol，二者物質(zhì)的量之比為1：2，則a為氮?dú)�、b為氨氣，由方程式可知?dú)錃庾兓�量�?.2mol×3=0.6mol，則15分鐘內(nèi)的反應(yīng)速率為v（H₂）=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{15min}$=0.02mol/（L•min），
故答案為：0.02mol/（L•min）；
（2）實(shí)驗(yàn)室用氯化銨與熟石灰制備氨氣，反應(yīng)生成氯化鈣、氨氣與水，反應(yīng)方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
Ⅱ．（1）閃電或者高溫，主要是提供能量給N₂分子，讓其破壞變成氮原子，因此，只能說明引發(fā)反應(yīng)所需要的能量高即活化能，不能說明反應(yīng)吸收的能量高，
故答案為：A；
（2）在不同溫度下，反應(yīng)N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的平衡常數(shù)K隨溫度升高增大，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以正反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)，△H＞0，
故答案為：＞；
Ⅲ．總反應(yīng)式為：N₂+3H₂?2NH₃，在電解法合成氨的過程中，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，在陽極通入H₂，氮?dú)馔ㄈ腙帢O，氮?dú)獾秒娮影l(fā)生還原反應(yīng)，與通過質(zhì)子交換膜的氫離子結(jié)合生成氨氣，電極反應(yīng)式為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案為：陽極；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
Ⅳ．（1）2N₂（g）+6H₂O （g）?4NH₃（g）+3O₂（g）平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$；
（2）反應(yīng)相同時(shí)間，低溫下的兩點(diǎn)是未達(dá)到平衡的兩點(diǎn)，隨溫度的升高，氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)增大，曲線的最高點(diǎn)是某溫度下達(dá)到平衡的點(diǎn)，之后的兩點(diǎn)，皆是平衡后的氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)，且隨溫度升高而降低，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即Q＜0，
故答案為：＜．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)、電解原理應(yīng)用等，側(cè)重考查學(xué)生分析解決問題的能力，難度中等．