Question

【題目】氨是最重要的化工原料之一，自20世紀(jì)初以來，工業(yè)上合成氨主要依賴Haber-Bosch技術(shù)。探索新的合成氨的方法一直是重要課題。

（1）最新的“人工固氮”研究報道：在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑表面與水發(fā)生反應(yīng)，直接生成氨氣和氧氣。

已知：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) H = -a kJ/mol

2H2(g) + O2(g) = 2H2O(1) H = -b kJ/mol

寫出上述固氮反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_______________。

（2）恒溫、恒容條件下，在容器中模擬Haber-Bosch法合成氨，如下圖(圖中所示數(shù)據(jù)為初始物理量)。t分鐘后反應(yīng)達(dá)到平衡，生成的NH3為0.4 mol。

①判斷該容器中的反應(yīng)達(dá)平衡的依據(jù)是_______(填字母)。

a．壓強(qiáng)不隨時間改變

b．氣體的密度不隨時間改變

c．c(N2)不隨時間改變

d．單位時間內(nèi)生成2 mol NH3的同時消耗1 mol N2

e．單位時間內(nèi)斷裂3 mol H-H鍵，同時斷裂6 mol N-H鍵

②該條件下容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝___；平衡時，混合氣體壓強(qiáng)p平=____(用初始壓強(qiáng)p0表示)。

（3）近期，兩位希臘化學(xué)家提出了電解合成氨的新思路：采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷(能傳遞H+)為介質(zhì)，實現(xiàn)了高溫(570℃)常壓下高轉(zhuǎn)化率的電解法合成氨，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到78％，裝置如圖：

鈀電極A是電解池的_____極(填“陽”或“陰”)，陰極反應(yīng)式為________________________________。

（4）合成氨需要純凈的氮氣和氫氣，在制取原料氣的過程中，�；煊幸恍╇s質(zhì)，其中的某些雜質(zhì)會使合成氨的催化劑“中毒”，所以必須除去。例如，用稀氨水吸收H2S雜質(zhì)：NH3·H2O + H2S+HS－+ H2O，若將標(biāo)況下22.4L H2S通入1L 1mol/L NH3·H2O中進(jìn)行吸收，則達(dá)到平衡時，H2S的吸收效率為_________%（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。（注：吸收效率=c(H2S)已反應(yīng)/c(H2S)總）（已知常溫下NH3·H2O的電離平衡常數(shù)Kb=2×10-5，H2S的電離平衡常數(shù)Ka1 = 5×10-8，Ka2 = 7.1×10-15）

Answer 1

【答案】2N2(g)+6H2O(l) = 4NH3(g) + 3O2(g) H= （3b-2a） kJ/mol ace （或14.8） P0 陰 N2 + 6e- + 6H+ = 2NH3 91

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律分析解答；

(2)①根據(jù)可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，正、逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變分析判斷；②根據(jù)三段式列式計算；

(3)電解池中，陽離子移向陰極，在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)；

(4)首先計算NH3·H2O + H2S+HS－+ H2O的平衡常數(shù)，再假設(shè)反應(yīng)的H2S為物質(zhì)的量濃度為x，根據(jù)平衡常數(shù)列式計算。

(1)①N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H=-a kJ/mol，②O2(g)+2H2(g)═2H2O(l) △H=-b kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將①×2-②×3得到反應(yīng)2N2(g)+6H2O(l)═4NH3(g)+3O2(g)△H=(3b-2a)kJ/mol，故答案為：2N2(g)+6H2O(I)=4NH3(g)+3O2(g)△H=(3b-2a)kJ/mol；

(2)①a．該反應(yīng)反應(yīng)后氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，當(dāng)壓強(qiáng)不隨時間改變，說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故a正確；b．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終不變，混合氣體的密度不變，不能說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故b錯誤；c．到達(dá)平衡時各組分濃度保持不變，c(N2)不隨時間改變，說明到達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)，故c正確；d．單位時間內(nèi)生成2molNH3的同時消耗1molN2，均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，不能說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故d錯誤；e．單位時間內(nèi)斷裂3molH-H鍵，同時斷裂6molN-H鍵，而斷裂6molN-H鍵會生成3molH-H鍵，氫氣的生成速率與消耗速率相等，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故e正確，故選：ace；

②甲容器t分鐘后反應(yīng)均達(dá)到平衡，生成的NH3均為0.4mol，則：

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

起始量(mol)：0.4 1.2 0

變化量(mol)：0.2 0.6 0.4

平衡量(mol)：0.2 0.6 0.4

則平衡常數(shù)K===；恒溫恒容下壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，則平衡時，甲的壓強(qiáng)P平=P0=P0，故答案為：；P0；

(3)電解池中，氫離子移向陰極，所以鈀電極A是電解池的陰極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氮氣在陰極上放電，與氫離子結(jié)合生成氨氣，即N2+6e-+6H+=2NH3，陽極反應(yīng)式為：H2-2e-=2H+，故答案為：陰；N2+6e-+6H+=2NH3；

(4)標(biāo)況下22.4L H2S的物質(zhì)的量==1mol，1L 1mol/L NH3·H2O中含有1molNH3·H2O，NH3·H2O + H2S+HS－+ H2O的平衡常數(shù)K===××=Kb×Ka1×=2×10-5×5×10-8×=100，設(shè)反應(yīng)的H2S為物質(zhì)的量濃度為x，因此100=，解得x=mol/L，則吸收效率=×100%=×100%=91%，故答案為：91。