Question

【題目】工業合成氨反應為：N2（g）+3H2（g）2NH3（g），對其研究如下：

（1）已知H—H鍵能為436kJ·mol－1，N—H鍵能為391kJ·mol－1，N≡N鍵的鍵能是946kJ·mol－1，則上述反應的ΔH＝_________________。

（2）上述反應的平衡常數K的表達式為____________，若反應方程式改寫為NH3（g）N2（g）+H2（g），則平衡常數K1＝____________________（用K表示）。

（3）在773K時，分別將2mol N2和6mol H2充入一個固定容積為1L的密閉容器中，隨著反應的進行，氣體混合物中n（H2）、n（NH3）與反應時間t的關系如下表：

t/min	0	5	10	15	20	25	30
n（H2）/mol	6.00	4.50	3.60	3.30	3.03	3.00	3.00
n（NH3）/mol	0	1.00	m	1.80	1.98	2.00	2.00

①表格中m＝_______________/span>，15～25min內，v（N2）＝_______________。

②該溫度下，若向同容積的另一容器中投入的N2、H2、NH3濃度均為3mol·L－1，此時v正_______v逆（填“＞”、“＜”或“＝”）。

③由表中的實驗數據計算得到“濃度～時間”的關系可用圖中的曲線表示，表示c（N2）～t的曲線是______________（填“甲”、“乙”或“丙”）。在此溫度下，若起始充入4mol N2和12mol H2，反應剛達到平衡時，表示c（H2）的曲線上相應的點為_________________。

（4）Marnellos和Stoukides采用電解法合成氨，實現了常壓合成和氮氣的高轉化率。該方法用SCY陶瓷將兩極隔開，SCY陶瓷具有高質子導電性，其作用是傳導H＋，則陰極的電極反應為____________________。

Answer 1

【答案】-92kJ·mol－1 K=c2（NH3）/[c3（H2）c（N2）] K-1/2 1.6mol 0.01mol/（Lmin） ＞ 乙 B N2+6e-+6H+=2NH3或N2+6e-+8H+=2NH4+

【解析】

（1）化學反應中，舊鍵斷裂吸收能量，新鍵形成釋放能量；

（2）K=c2（NH3）/[c3（H2）c（N2）]，K1＝c1.5（H2）c0.5（N2）/c（NH3）判斷；

（3）①根據表中數據，10min時，氫氣反應2.4mol，則生成1.6mol的氨氣；

②根據表化學平衡常數與Qc的關系判斷；

③根據氮氣的初始c（N2）=2mol/L判斷；根據等效平衡及反應速率的影響判斷反應的點；

（4）電解池中，陰極得電子，化合價降低，則氮氣得電子與氫離子反應生成氨氣。

（1）化學反應中，舊鍵斷裂吸收能量，新鍵形成釋放能量，則ΔH＝946+4363-3916=-92kJ/mol；

（2）上述反應的平衡常數的表達式為K=c2（NH3）/[c3（H2）c（N2）]，K1＝c1.5（H2）c0.5（N2）/c（NH3）=K-1/2；

（3）①根據表中數據，10min時，氫氣反應2.4mol，則生成1.6mol的氨氣；15～25min內，氫氣反應0.3mol，則氮氣反應0.1mol，v（N2）＝0.1mol/1L/10min=0.01mol/（Lmin）；

②根據表中數據，25min時達到平衡狀態，各物質的物質的量濃度為1mol/L、3mol/L、2mol/L，K=4/9，若向同容積的另一容器中投入的N2、H2、NH3濃度均為3mol/L時，Qc=1/9<K，平衡正向移動，v正＞v逆；

③氮氣的初始c（N2）=2mol/L，反應過程中濃度減小，則曲線乙符合；在此溫度下，若起始充入4mol N2和12mol H2，相當于增大壓強，體積減小，平衡正向移動，但氫氣的濃度增大，速率加快，到達平衡時間減少，則B點符合；

（4）電解池中，陰極得電子，化合價降低，則氮氣得電子與氫離子反應生成氨氣，電極反應式為N2+6e-+6H+=2NH3或N2+6e-+8H+=2NH4+。