Question

（2010?寶雞三模）合成氨對化學工業和國防工業具有重要意義，尋找方便廉價的合成氨方法自然成為化學科技工作者的研究方向．
請回答下列有關合成氨反應的有關問題：
（1）在一定溫度和催化劑下，將3.2mol H₂和1.2molN₂混合于一個容積為2L的密閉容器中發生反應，在2min末時反應恰好達平衡，此時生成了0.8mol NH₃．則在2min內以H₂表示的反應速率為

0.3mol/（L?min）

；N₂此時的轉化率為

33.3%

，該條件下的平衡常數為

0.4mol^-2?L²

．
（2）在（1）中平衡時，若要想通過改變反應條件使平衡向正反應方向移動且平衡常數不變，可改變的反應條件為

增大壓強（或增大反應物的濃度，或將氨氣從混合體系中分離出去）

（任填一種）．
（3）若已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=180.5kJ/mol
4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）；△H=一905kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）；△H=-483.6kJ/mol
請寫出合成氨反應的熱化學方程式

N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol

．
（4）Marnellos和Stoukides發明了電化學制備氨氣的方法，該方法用SCY陶瓷將負極和正極隔開，SCY陶瓷具有高質子導電性，其作用是傳遞H⁺，這種方法實現了高溫常壓下高轉化率的電化學合成氨．已知負極的電極反應為H₂一2e^-═2H⁺，則正極發生的電極反應為

N₂+6H⁺+6e^-═2NH₃

．

Answer 1

分析：（1）利用三段式解題法，求各組分平衡時的物質的量、轉化的物質的量，代入v（H₂）=

△c(H2)

△t

，α（N₂）=

△n(N2)

n(N2)開始

×100%，平衡常數k=

[c(NH3)]2

c(N2)?[c(H2)]3

計算；
（2）平衡常數不變，不改變溫度，根據其它影響因素解答；
（3）根據蓋斯定律，利用熱化學方程式乘以適當數值相疊加，構造出目標熱化學方程式；
（4）總反應式減去負極電極反應式，即為正極電極反應式．

解答：解：（1）利用三段式解題法，求各組分平衡時的物質的量、轉化的物質的量．
2min末時反應恰好達平衡，此時生成了0.8mol NH₃．
                N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）；
開始（mol）：1.2     3.2                  0
變化（mol）：0.4     1.2                  0.8
平衡（mol）：0.8     2                    0.8
所以v（H₂）=

△c(H2)

△t

=

△n(H2) V

△t

=

1.2mol 2L

2min

=0.3mol/（L?min），
α（N₂）=

△n(N2)

n(N2)開始

×100%=

0.4mol

1.2mol

×100%=33.3%，
平衡常數k=

[c(NH3)]2

c(N2)?[c(H2)]3

=

[ 0.8mol 2L ]2

0.8mol 2L ×[ 2mol 2L ]3

=0.4mol^-2?L²．
故答案為：0.3mol/（L?min）；33.3%；0.4mol^-2?L²；
（2）平衡常數不變，不改變溫度．增大反應物濃度或降低生成物的濃度，平衡向正反應移動．故可以增大反應物的濃度，或將氨氣從混合體系中分離出去．反應前后氣體體積減小，可以增大壓強，平衡向正反應移動．
故答案為：增大壓強（或增大反應物的濃度，或將氨氣從混合體系中分離出去）；
（3）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=180.5kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）；△H=一905kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）；△H=-483.6kJ/mol
①+③×

3

2

-②×

1

2

得：N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol；
（4）總反應式為N₂+3H₂=2NH₃；
負極的電極反應為3H₂-6e^-═6H⁺；
總反應式減去負極電極反應式，即為正極電極反應式，
所以正極電極反應式為：N₂+6H⁺+6e^-═2NH₃，故答案為：N₂+6H⁺+6e^-═2NH₃．

點評：本題考查化學平衡計算、平衡常數、熱化學方程式、原電池等，綜合較大，難度中等，注意兩電極反應式相加得總反應式時，兩電極得失電子數應相等．