Question

【題目】合成氨是目前最有效工業(yè)固氮的方法，解決數(shù)億人口生存問題。回答下列問題：

(1)科學(xué)家研究利用鐵觸媒催化合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用“ad”表示。

由圖可知合成氨反應(yīng)N2(g)+H2(g)NH3(g)的H=___ kJ·mol-1。該歷程中反應(yīng)速率最慢的步驟的化學(xué)方程式為___。

(2)工業(yè)合成氨反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，當(dāng)進(jìn)料體積比V(N2)：V(H2)=1：3時平衡氣體中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度和壓強(qiáng)變化的關(guān)系如圖所示：

①500℃時，反應(yīng)平衡常數(shù)Kp(30MPa)___ Kp(100MPa)。（填“<”、“=”、“>”）

②500℃、30MPa時，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率為___（保留2位有效數(shù)字），Kp=___(MPa)-2（列出計算式）。

(3)科學(xué)家利用電解法在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)合成氨，工作時陰極區(qū)的微觀示意如圖，其中電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的惰性有機(jī)溶劑。

①陰極區(qū)生成NH3的電極方程式為___。

②下列說法正確的是___（填標(biāo)號）。

A．三氟甲磺酸鋰的作用是增強(qiáng)導(dǎo)電性

B．該裝置用金(Au)作催化劑目的是降低N2的鍵能

C．選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進(jìn)入裝置

Answer 1

【答案】-46 Nad+3HadNHad+2Had = 33% N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O- AC

【解析】

(1)利用蓋斯定律，起點(diǎn)為N2(g)+H2(g)，終點(diǎn)為NH3(g)，H=-46kJ·mol-1。該歷程中反應(yīng)速率最慢反應(yīng)，是需吸熱最多的反應(yīng)，顯然是吸熱106 kJ·mol-1的反應(yīng)。

(2)①500℃時，平衡常數(shù)不變。

②500℃、30MPa時，氨氣的體積分?jǐn)?shù)為20%，利用三段式，計算氫氣平衡轉(zhuǎn)化率及Kp。

(3)①從圖中看，陰極區(qū)N2與C2H5OH反應(yīng)生成NH3和C2H5O-。

②A．從陰極反應(yīng)看，三氟甲磺酸鋰并未參與反應(yīng)，所以作用是增強(qiáng)導(dǎo)電性；

B．催化劑只能降低反應(yīng)的活化能，不能降低鍵能；

C．從圖中看，選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，但H2O不能透過。

(1)利用蓋斯定律，起點(diǎn)為N2(g)+H2(g)，終點(diǎn)為NH3(g)，H=-46 kJ·mol-1。所以，合成氨反應(yīng)N2(g)+H2(g) NH3(g) H=-46 kJ·mol-1。該歷程中反應(yīng)速率最慢的反應(yīng)，是需吸熱最多的反應(yīng)，顯然是吸熱106 kJ·mol-1的反應(yīng)，化學(xué)方程式為Nad+3HadNHad+2Had。答案為：利用蓋斯定律，起點(diǎn)為N2(g)+H2(g)，終點(diǎn)為NH3(g)，H=-46kJ·mol-1；Nad+3HadNHad+2Had；

(2)①因?yàn)槠胶獬��?shù)只受溫度變化的影響，所以500℃時，反應(yīng)平衡常數(shù)Kp(30MPa)= Kp(100MPa)；

②設(shè)參加反應(yīng)N2的物質(zhì)的量為x，建立三段式為：

則，x=，則N2的體積分?jǐn)?shù)為=20%，H2的體積分?jǐn)?shù)為60%，NH3的體積分?jǐn)?shù)為20%。

500℃、30MPa時，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率為=33%，Kp=(MPa)-2；

(3)①從圖中看，陰極區(qū)N2與C2H5OH反應(yīng)生成NH3和C2H5O-，電極方程式為N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-；

②A．從陰極反應(yīng)看，三氟甲磺酸鋰并未參與反應(yīng)，所以作用是增強(qiáng)導(dǎo)電性，A正確；

B．催化劑只能降低反應(yīng)的活化能，不能降低鍵能，B不正確；

C．從圖中看，選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，但H2O不能透過，C正確；

故合理選項(xiàng)是AC。