Question

科學家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實驗道：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，部分實驗數據見下表（光照、N₂壓力l.0×l0⁵ Pa、反應時間3h）：

相應的熱化學方程式如下：

回答下列問題：
（1）請畫出上述反應在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應過程中體系能量變化示意圖，并進行必要標注。
（2）與目前廣泛使用的工業合成氨方法相比，該方法中固氮反應速率慢。請提出可提高其反應速率且增大NH₃生成量的建議：_______________________。
（3）工業合成氨的反應為。設在容積為2.0 L的密 閉容器中充人0. 60 mol N₂(g)和l.60 mol H₂(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。計算
①該條件下N₂的平衡轉化率；
②該條件下反應的平衡常數。 

Answer 1

（1）
（2）研制新型、高效催化劑
（3）解：①設反應過程中消耗xmolN₂(g) 
     
平衡時反應體系總物質的量=[(0.60 -x)+（1.60 - 3x）+ 2x]mol=(2.20 -2x) mol
NH₃(g)的物質的量分數=2x÷(2.20 -2x)=4/7 x=0.40

②

平衡時 ,c( NH₃) =2×0. 40 mol /2. 0 L=0. 40 mol/L
c( N₂)=(0. 60 - 0. 40) moI /2. 0 L=0. 10 moI/L
c( H₂)=( 1. 60 -3×0.40) mol/2.0 L=0. 20 mol/L