Question

(14分)科學(xué)家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實(shí)驗(yàn)報(bào)道：在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑(混有少量Fe₂O₃的TiO₂)表面與水發(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH₃。進(jìn)一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表(光照、N₂壓強(qiáng)1.0×10⁵ Pa、反應(yīng)時(shí)間3 h)：

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

相應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：N₂(g)+3H₂O(1)==2NH₃(g)+O₂(g) △H＝+765.2 kJ/mol  (I)
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)請(qǐng)?jiān)诜娇騼?nèi)的坐標(biāo)系中，畫(huà)出反應(yīng)(I)在有催化劑與無(wú)催化劑兩種情況下反應(yīng)過(guò)程中體系能量變化示意圖，并進(jìn)行必要標(biāo)注。

(2)與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應(yīng)速率慢。請(qǐng)?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH₃日生成量的建議：                        。
(3)寫(xiě)出工業(yè)上用H₂和N₂直接合成NH₃的化學(xué)方程式                       ，設(shè)在2.0 L的密閉容器中充入0.60mol N₂(g)和1.60mol H₂(g)，反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡時(shí)，NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(NH₃的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總物質(zhì)的量之比)為4/7。計(jì)算該條件下N₂的平衡轉(zhuǎn)化率為          ；反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝           (不要求寫(xiě)單位)。

Answer 1

（1）（2）研制新型、高效催化劑
（3）N₂（g）+3H₂（g）） 2NH₃（g）；66.7%；200

試題分析：（1）催化劑是通過(guò)降低反應(yīng)的活化能來(lái)加快化學(xué)反應(yīng)速率的，使用催化劑后，活化能降低，故圖像為；
（2）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素：溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑等外界因素，結(jié)合目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法，可以采用增大壓強(qiáng)的方法，此外還可以尋找高效的催化劑。
（3）H₂和N₂直接合成NH₃的化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）） 2NH₃（g）。設(shè)平衡時(shí)有x molN₂轉(zhuǎn)化，則
N₂（g）+3H₂（g）） 2NH₃（g）
起始量（mol）  0.6        1.6                   0
變化量（mol）  x           3x                   2x
平衡量（mol）（0.6-x）（1.6-3x）      2x mol
則有： 
解得：x＝0.4（mol）
因此N₂的平衡轉(zhuǎn)化率： ×100%＝66.7%
②由①可知，N₂、H₂、NH₃平衡時(shí)的物質(zhì)的量分別為：0.2mol、0.4mol、0.8mol，在2.0L容器中濃度分別為：0.1mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L，則該溫度下平衡常數(shù)K= ＝200。