Question

氮的固定有三種途徑：生物固氮、自然固氮和工業(yè)固氮．根據(jù)最新“人工固氮”的研究報(bào)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(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)見下表（光照、N₂壓力1.0×10⁵Pa、反應(yīng)時(shí)間1h）：

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

相應(yīng)的化學(xué)方程式：2N₂（g）+6H₂O（l）═4NH₃（g）+3O₂（g）△H=a kJ?mol^-1
回答下列問題：
（1）此合成反應(yīng)的a

 

0；△S

 

0，（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
則2N₂（g）+6H₂O（l）═4NH₃（g）+3O₂（g）△H=

 

kJ?mol^-1
（3）從323K到353K，氨氣的生成量減少的可能原因

 

；
（4）工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?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(guī)律．如圖是上述三種溫度下不同的H₂和N₂的起始組成比（起始時(shí)N₂的物質(zhì)的量均為1mol）與N₂平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．請(qǐng)回答：

①在上述三種溫度中，曲線X對(duì)應(yīng)的溫度是

 

．
②a、b、c三點(diǎn)H₂的轉(zhuǎn)化率最小的是

 

點(diǎn)、轉(zhuǎn)化率最大的是

 

點(diǎn)．
③在容積為1.0L的密閉容器中充入0.30mol N₂（g）和0.80mol 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)體系中總的物質(zhì)的量之比）為

4

7

．該條件下反應(yīng)2NH₃（g）→N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析判斷焓變，依據(jù)反應(yīng)前后氣體體積變化分析反應(yīng)的熵變；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式，得到焓變；
（3）從323K到353K，氨氣的生成量減少的可能原因在較高溫度時(shí)催化劑活性降低，反應(yīng)還沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，氨氣在高溫下被氧氣氧化等；
（4）①依據(jù)反應(yīng)是放熱反應(yīng)幾乎平衡移動(dòng)原理分析判斷；
②依據(jù)氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率分析，橫軸是氫氣和氮?dú)饨M成比，越大說明氫氣量越多，氮?dú)廪D(zhuǎn)化率越大，依據(jù)定一議二的方法分析圖象得到；
③依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算得到；

解答： 解：（1）對(duì)于反應(yīng)2N₂（g）+6H₂O（1）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=a kJ?mol^-1，溫度越高，生成的氨氣越多，則可逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，a為正值，△H＞0，該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，故△S＞0，
故答案為：＞，＞；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算，①×2-②×3得到：2N₂（g）+6H₂O（l）═4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530 kJ?mol^-1 ；
故答案為：1530；
（3）分析數(shù)據(jù)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(shí)催化劑活性降低，反應(yīng)還沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，氨氣在高溫下被氧氣氧化等；
故答案為：在較高溫度時(shí)催化劑活性降低，反應(yīng)還沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，氨氣在高溫下被氧氣氧化等；
（4）①在圖中畫一條與縱軸平行的線段交X、Y、Z．反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）為放熱反應(yīng)，溫度越高，N₂（g）的轉(zhuǎn)化率越低，故曲線X對(duì)應(yīng)的溫度是T₁；
故答案為：T₁；
②圖象分析可知B點(diǎn)氮?dú)廪D(zhuǎn)化率大于a點(diǎn)，則氫氣轉(zhuǎn)化率b點(diǎn)大于a，保持溫度不變，增大氫氣與氮?dú)饨M成比，氮?dú)廪D(zhuǎn)化率增大，但氫氣轉(zhuǎn)換率減小，所以c點(diǎn)氫氣轉(zhuǎn)化率小于a，最大的是b點(diǎn)，最小的是c點(diǎn)；
故答案為：b，c；
③N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．
起始濃度（mol/L）  0.3   0.8       0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）  x     3x        2x
平衡濃度（mol/L）  0.3-x  0.8-3x   2x

2x

(0.3-x+0.8-3x+2x)

=

4

7

　x=0.2
2NH₃（g）?→?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)K=

0.1×0.23

0.42

=5×10^-3；
故答案為：5.0×10^-3；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)反應(yīng)焓變計(jì)算，蓋斯定律應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素、轉(zhuǎn)化率的分析判斷，圖象和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．