Question

氨是一種重要的化工原料，氨的合成和應用是當前的重要研究內容之一．
（1）傳統哈伯法合成氨工藝中，N₂+3H₂ 2NH₃△H＜0
①該反應的平衡常數K的表達式為：K=______．升高溫度，K值______（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②不同溫度、壓強下，合成氨平衡體系中NH₃的物質的量分數見下表（N₂和H₂的起始物質的量之比為1：3 ）

壓強（Mpa） 氨的平衡含（%） 溫度（攝氏度）	0.1	10	20	30	60	100
200	15.3	81.5	86.4	89.9	95.4	98.8
300	2.2	52.0	64.2	71.0	84.2	92.6
400	0.4	25.1	38.2	47.0	65.2	79.8
500	0.1	10.6	19.1	26.4	42.2	57.5
600	0.05	4.5	9.1	13.8	23.1	31.4

表中數據，______℃______MPa時H₂的轉化率最高，實際工業生產不選用該條件的主要原因是______．
③下列關于合成氨說法正確是______
A、使用催化劑可以提高NH₃的產率
B、尋找常溫下的合適催化劑是未來研究的方向
C、由于△H＜0，△S＞0，故合成氨反應一定能自發進行
（2）最近美國Simons等科學家發明了不必使氨先裂化為氫就可直接用于燃料電池的方法．它既有液氫燃料電池的優點，又克服了液氫不易保存的不足．其裝置為用鉑黑作為電極，加入電解質溶液中，一個電極通入空氣，另一電極通入氨氣．其電池反應為4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O．寫出負極電極反應式______，你認為電解質溶液應顯______性（填“酸性”、“中性”、“堿性”），其原因是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；
根據溫度對平衡移動的影響判斷平衡常數的變化；
②H₂轉化率最高時，氨氣的含量最大；
③A．催化劑不影響平衡移動；
B．尋找常溫下的合適催化劑可減少能量的消耗；
C．反應的熵變△S＜0，；
（2）氨氣為堿性氣體，易與酸反應，應用堿性電解質，負極發生氧化反應．
解答：解：（1）①根據化學方程式可寫出平衡常數為k=，由于反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則平衡常數減小，
故答案為：；減小；
②200℃、100MPa時氨氣的含量最大，則H₂轉化率最高，但實際工業生產中壓強不能太大，因壓強太高，對生產設備要求也高，難以實現，且200℃時反應速率過低，
故答案為：200℃、100MPa；壓強太高，對生產設備要求也高，難以實現，且200℃時反應速率過低；
③A．催化劑不影響平衡移動，故A錯誤；
B．尋找常溫下的合適催化劑可減少能量的消耗，為研究的主要方向，故B正確；
C．反應熵變△S＜0，需在一定溫度下才能進行，故C錯誤；
故答案為：B；
（2）氨氣為堿性氣體，易與酸反應，所以電解質溶液應呈堿性，負極發生氧化反應，氨氣被氧化生產氮氣，電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；堿性；NH₃在酸性介質中易轉化為NH₄⁺離子．
點評：本題考查化學平衡、電化學等知識，題目難度中等，本題影響化學平衡的因素，把握電極反應式的書寫．