Question

【題目】氮是地球上含量豐富的一種元素，“固氮”在工農業生產中有著重要作用，是幾百年來科學家一直研究的課題。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	5×10-8	2×104	7×103

（1）①分析數據可知：大氣固氮反應屬于___________（填“吸熱”或“放熱”）反應。

②在一定溫度下，將一定足的N2和O2通入到體積為1L的密閉容器中，當“大氣固氮”反應達到平衡后，改變下列條件，能使平衡向正反應方向移動且平衡常數不變的是_______。

a．增大壓強 b．增大反應物的濃度 c．使用催化劑 d．升高溫度

③ 從分子結構角度解釋“大氣固氮”和“工業固氮”反應的活化能都很高的原因：________。

（2）分析表格數據可知“大氣固氮”的反應正向進行的程度小，不適合大規模生產，故世界各國均采用合成氨的方法進行工業固氮。

①從平衡移動角度考慮，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，解釋其原因_______________________。

②將0.1molN2和0.1molH2通入一容積可變的容器中進行工業固氮反應，則下圖所示N2的平衡轉化率在不同壓強(P1，P2)下隨溫度變化的曲線正確的是____________（填“A” 或“B”)；比較P1、P2的大小關系________；若300℃、壓強P2時達到平衡，容器容積恰為100L，則此狀態下反應的平衡常數K=______________ (計算結果保留2位有效數字)。

③合成氨反應達到平衡后，t1時刻氨氣濃度欲發生圖C變化可采取的措施是____________。

（3）近年近年，又有科學家提出在常溫、常壓、催化劑等條件下合成氨氣的新思路，反應原理為：2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g)，則其反應熱△H=____________。

（已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H1=-92.4kJmol-1；2H2(g)+O2(g)2H2O(l) △H2=-571.6kJmol-1 ）

Answer 1

【答案】 吸熱 b 氮氣分子中N≡N鍵能很大，斷開N≡N需要吸收較高能量 從反應速率角度考慮，高溫更好，但從催化劑活性等綜合因素考慮選擇500℃左右合適 A P2>P1 1.3×lO5 容器容積不變條件下移走適量氨氣，降低氨氣的濃度 +1 530kJ·mol-l

【解析】(1)①由表格數據可知，溫度越高，K越大，說明升高溫度，平衡正移，則正反應方向為吸熱反應；

②a．反應前后氣體總物質的量不變，增大壓強平衡不移動，故a不正確；b．增大反應物的濃度可促進平衡正向移動，且不影響平衡常數，故b正確；c．使用催化劑，平衡不移動，故c不正確；d．平衡常數只受溫度影響，故d不正確；答案為b；

③ “大氣固氮”和“工業固氮”中的反應物氮氣的分子中N≡N鍵能很大，斷開N≡N需要吸收較高能量，導致反應的活化能都很高；

(2)①合成氨反應中，反應溫度越高，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，而且在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℃左右合適；

②合成氨反應為放熱反應，升高溫度，轉化率減小，所以圖A正確，B錯誤；該反應正方向為體積減小的方向，增大壓強平衡正向移動，轉化率增大，р2的轉化率大，則р2大；若300℃、壓強P2時達到平衡，N2的轉化率為10%，

　　　　　　　　　　　N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

起始物質的量(mol)　0.1 0.1 0

變化物質的量(mol) 0.01 0.03 0.02

平衡物質的量(mol) 0.09 0.07 0.02

平衡常數K===1.3×lO5 ；

③由圖像可知，t1時刻氨的濃度瞬間降低，后平衡繼續正向移動，可采取的措施應是容器容積不變條件下移走適量氨氣，降低氨氣的濃度；

(3)已知：①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.4kJmol-1，
②2H2(g)+O2(g)2H2O(l)△H=-571.6kJmol-1，
由蓋斯定律：①×2-②×3得2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g)，△H=(-92.4kJmol-1)×2-(-571.6kJmol-1)×3=+1530 kJmol-1。