Question

【題目】氮的固定和氮的循環是幾百年來科學家一直研究的課題。

(1)下表列舉了不同溫度下大氣固氮和工業固氮的部分K 值。

反應	大氣固氮N2(g)+O2(g)2NO(g)		工業固氮N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
溫度/℃	27	2000	25	400	450
K	3.84×10-31	0.1	5×108	0.507	0.152

①分析數據可知：人類不適合大規模模擬大氣固氮的原因____。

②從平衡視角考慮工業固氮應該選擇常溫條件，但實際工業生產卻選擇 500℃左右的高溫， 解釋其可能的原因_____。

(2)工業固氮反應中，在其他條件相同時，分別測定 N2 的平衡轉化率在不同壓強(р1、р2)下隨溫度變化的曲線，下圖所示的圖示中，正確的是_____(填“A”或“B”)；比較р1、р2的大小關系_____。

(3)下圖是某壓強下，N2 與H2 按體積比1∶3投料時，反應混合物中氨的體積分數隨溫度的變化曲線。其中一條是經過一定時間反應后的曲線，另一條是平衡時的曲線。

①圖中b 點，v(正)_____v(逆)。(填“＞”、“＝”或“＜”)

②圖中a 點，容器內氣體 n(N2):n(NH3)=_____。

(4)已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H＝－92.4kJ·mol－1；2H2(g) +O2(g)2H2O(l)△H＝－575.6kJ·mol－1；近年，又有科學家提出在常溫、常壓、催化劑等條件下氮氣與液態水合成氨氣，同時產生氧氣的新思路，則該反應的熱化學反應方程式為：_____。

(5)NH3在一定條件下可被氧化。

已知：ⅰ．4NH3(g)+3O2(g)＝2N2(g)+6H2O(g)ΔH＝﹣1298kJ/mol

ⅱ．

① 斷開 1 mol H-O 鍵與斷開 1 mol H-N 鍵所需能量相差約_____kJ；

② H-O 鍵比 H-N 鍵(填“強”或“弱”)_____。

Answer 1

【答案】大氣固氮為吸熱反應，溫度高達2000℃時，K值仍然很小，正向進行的程度很小，轉化率很低，不適合大規模生產 溫度在500℃左右時催化劑活性最高，反應速率較快，達到平衡需要的時間較短，從反應速率和催化劑的活性等角度考慮，選擇500℃左右更合適 A p2＞p1 ＞ 1∶4 2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) △H=+1542 kJmol-1 75 強

【解析】

(1)根據溫度對化學平衡常數K的影響結合K的含義分析解答；

(2)合成氨反應為氣體體積減小的放熱反應，結合溫度和壓強對平衡移動的影響分析解答；

(3)根據圖象結合影響平衡的因素，a點所在曲線是平衡曲線、b點所在曲線是經過一定時間反應后的曲線，結合三段式計算解答；

(4)根據蓋斯定律分析解答；

(5)根據焓變ΔH=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和計算解答。

(1)①由表格數據可知，由表格數據可知，溫度越高，大氣固氮反應的K越大，說明大氣固氮的反應為吸熱反應，2000℃時，K=0.1，K值很小，即轉化率很小，不適合大規模生產，所以人類不適合大規模模擬大氣固氮，故答案為：大氣固氮為吸熱反應，溫度高達2000℃時，K值都很小，正向進行的程度很小，轉化率很低，不適合大規模生產；

②由表格數據可知，溫度越高，合成氨反應的K越小，說明合成氨氣的反應為放熱反應，合成氨反應中，溫度越高，反應速率越快，但是該反應為放熱反應，溫度高轉化率會降低，在500℃左右催化劑活性最高，所以從催化劑活性等綜合因素考慮選擇500℃左右最合適，故答案為：溫度在500℃左右催化劑活性最高，反應速率較快，達到平衡需要的時間較短，從反應速率和催化劑的活性等角度考慮，選擇500℃左右更合適；

(2)合成氨反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，反應物的轉化率減小，所以圖A正確，B錯誤；反應N2 (g)+3H2 (g) 2NH3(g)的正方向為體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，轉化率增大，p2的轉化率大，則p2大，故答案為：A；p2＞p1；

(3) 根據圖知，a點所在曲線是平衡曲線、b點所在曲線是經過一定時間反應后的曲線。

①圖中b點，氨氣的體積分數逐漸增加，可知向正反應方向移動，正反應速率大于逆反應速率，故答案為：＞；

②圖中a點，設反應的N2為x，

平衡時，氨氣的體積分數為50%時，則=50%，解得：x=，則n(N2)：n(NH3)=∶=1∶4，故答案為：1∶4；

(4)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4kJmol-1，②2H2(g)+O2(g)2H2O(l) △H=-575.6kJmol-1，由蓋斯定律：①×2-②×3得2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) △H=(-92.4kJmol-1)×2-(-575.6kJmol-1)×3=+1542 kJmol-1，故答案為：2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) △H=+1542 kJmol-1；

(5)①根據4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) △H=-1298kJ/mol，可知12E(H-N)+3×498kJ/mol-2×946kJ/mol-12E(H-O)=-1298kJ/mol，得E(H-O)- E(H-N)=75kJ/mol，故答案為：75；

②根據E(H-O)- E(H-N)=75kJ/mol，可知H-O 鍵比H-N鍵強，故答案為：強。