Question

【題目】氮的固定有三種途徑：生物固氮、自然固氮和工業固氮。根據最新“人工固氮”的研究報道：在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑(摻有少量Fe2O3的TiO2)表面與水發生反應，生成的主要產物為NH3。進一步研究NH3生成量與溫度的關系，部分平衡時實驗數據見下表(光照、N2壓力1.0×105Pa、反應時間1 h)：

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/(10－6mol)	4.8	5.9	6.0	2.0

相應的化學方程式：2N2(g)＋6H2O(l)4NH3(g)＋3O2(g) ΔH＝a kJ·mol－1

回答下列問題：

（1）此合成反應的a________0；(填“＞”、“＜”或“＝”)

（2）從323 K到353 K，氨氣的生成量減少的可能原因是_______________________________；（3）與目前廣泛使用的工業合成氨方法相比，該方法固氮反應速率慢。請提出可提高其反應速率且增大NH3生成量的建議__________________________________________________。

（4）工業合成氨的反應為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　 ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，分別研究在T1、T2和T3(T1<T2<T3)三種溫度下合成氨氣的規律。下圖是上述三種溫度下不同的H2和N2的起始組成比(起始時N2的物質的量均為1 mol)與N2平衡轉化率的關系。請回答：

①在上述三種溫度中，曲線X對應的溫度是________。

②a、b、c三點中H2的轉化率最小的是_______點、轉化率最大的是________點。

③在容積為1.0 L的密閉容器中充入0.30 mol N2(g)和0.80 molH2(g)，反應在一定條件下達到平衡時，NH3的物質的量分數(NH3的物質的量與反應體系中總的物質的量之比)為4/7。該條件下反應2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常數為__________________。

Answer 1

【答案】 ＞ 氨氣在高溫下被氧氣氧化(或：在較高溫度時催化劑活性降低，反應還沒有達到平衡狀態) 升高溫度（或提高N2的濃度） T1 c b 5.0×10－3

【解析】(1)根據表格數據可知，反應2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g)△H=akJmol-1，溫度越高，生成的氨氣越多，則可逆反應為吸熱反應，a為正值，△H＞0，故答案為：＞；

(2)分析數據可知從323K到353K，氨氣的生成量減少，可能的原因是在較高溫度時催化劑活性降低，反應還沒有達到平衡狀態，氨氣在高溫下被氧氣氧化等，故答案為：在較高溫度時催化劑活性降低，反應還沒有達到平衡狀態(或氨氣在高溫下被氧氣氧化等)；

(3)與目前廣泛使用的工業合成氨方法相比，該方法固氮反應速率慢，提高其反應速率且增大NH3生成量，增大壓強，平衡逆向移動，NH3生成量減小；升高溫度，平衡正向移動，NH3生成量增大；提高N2的濃度，反應速率加快，平衡正向移動，NH3生成量增大；因此可以通過升高溫度或提高N2的濃度來實現，故答案為：升高溫度(或提高N2的濃度)；

(4)①在圖中畫一條與縱軸平行的線段交X、Y、Z，反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)為放熱反應，溫度越高，N2(g)的轉化率越低，故曲線X對應的溫度是T1；故答案為：T1；

②圖像分析可知B點氮氣轉化率大于a點，則氫氣轉化率b點大于a，保持溫度不變，增大氫氣與氮氣組成比，氮氣轉化率增大，但氫氣轉換率減小，所以c點氫氣轉化率小于a，最大的是b點，最小的是c點，故答案為：c；b；

③ N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始濃度(mol/L)0.3 0.8 0

轉化濃度(mol/L) x 3x 2x

平衡濃度(mol/L)0.3-x 0.8-3x 2x

=，解得：x=0.2，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常數K==5×10-3；故答案為：5.0×10-3。