Question

氨是最重要的氮肥，是產量最大的化工產品之一．課本里介紹的合成氨技術叫哈伯法，是德國人哈伯在1905年發(fā)明的，其合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0他因此獲得了1918年諾貝爾化學獎．工業(yè)上合成氨的部分工藝流程如圖1：

反應體系中各組分的部分性質見下表：

氣體	氮氣	氫氣	氨
熔點（℃）	-210.01	-252.77	-77.74
沸點（℃）	-195.79	-259.23	-33.42

（1）合成氨反應的平衡常數很小，所以在工業(yè)上采取氣體循環(huán)的流程．即反應后通過把混合氣體的溫度降低到

 

使混合氣體分離出來產品；繼續(xù)循環(huán)的氣體是

 

．寫出該反應的化學平衡常數表達式：K=

 

．
（2）運用化學反應速率和化學平衡的觀點說明工業(yè)上采取用上述實際生產措施的理由：

 

．
（3）已知拆開1molH-H鍵，1molN-H鍵，1molN≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，則N₂與H₂反應生成NH₃的熱化學方程式為

 

．
（4）合成氨工業(yè)對國民經濟和社會發(fā)展具有重要的意義．對于密閉容器中的反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），673K，30MPa下n（NH₃）和n（H₂）隨時間變化的關系如圖2所示．下列敘述正確的是

 

A．點a的正反應速率比點b的大
B．點 c處反應達到平衡
C．點d（t₁時刻） 和點 e （t₂時刻） 處n（N₂）不一樣
D．其他條件不變，773K下反應至t₁時刻，n（H₂）比圖2中d點的值大
（5）1998年希臘亞里斯多德大學的Marmellos和Stoukides采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺），實現了高溫常壓下高轉化率的電化學合成氨．其實驗裝置如圖3．陰極的電極反應式

 

．

Answer 1

考點：工業(yè)合成氨,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡的調控作用,物質的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學平衡專題

分析：（1）根據氨氣易液化來解答；
（2）根據濃度對化學平衡的影響以及對原料利用率的影響來分析；
（3）依據化學方程式結合反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能計算反應熱，標注物質聚集狀態(tài)寫出熱化學方程式；
（4）在N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）反應中，隨著反應的進行，反應物的物質的量逐漸減少，生成物的物質的量逐漸增多，當達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，反應物的生成物的物質的量不再改變，曲線為水平直線，以此判斷；
（5）陰極發(fā)生還原反應，氮氣在陰極上放電，與氫離子結合生成氨氣．

解答： 解：（1）氨氣的沸點是-33.42，可以將溫度降低到-33.42，氨氣液化，轉變成液體分離出來，氫氣和氮氣可以再循環(huán)利用，平衡常數表達式為：

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

，故答案為：-33.42；N₂、H₂；

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

；
（2）生成物的濃度減少，平衡正向移動，所以及時分離出氨氣，平衡正向移動，提高氨氣的產率；循環(huán)利用氮氣和氫氣，提高氮氣和氫氣的轉化率，
故答案為：及時分離出氨氣，平衡正向移動，提高氨氣的產率，且循環(huán)利用氮氣和氫氣，提高氮氣和氫氣的轉化率；
（3）拆開1mol H-H鍵，1mol N-H鍵，1mol N≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，化學方程式為N₂+3H₂?2NH₃，依據化學方程式計算反應熱為946kJ/mol+3×436kJ/mol-6×391kJ/mol=-92KJ/mol，反應的熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92 kJ?mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92 kJ?mol^-1；
（4）A、隨著反應的進行，反應物的濃度之間減小，反應速率逐漸減小，則a點的正反應速率比b點大，故A正確；
B、c點反應物和生成物物質的量仍在變化，沒有達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C、d點和e點都處于平衡狀態(tài)，n（N₂）不變，d點和e點n（N₂）相等，故C錯誤；
D、該反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，所以平衡時氫氣的物質的量比d點的值大，故D正確；
故答案為：AD；
（5）陰極發(fā)生還原反應，氮氣在陰極上放電，與氫離子結合生成氨氣，電極反應式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，故答案為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃

點評：本題主要考查了濃度對化學平衡的影響、熱化學方程式的書寫以及化學平衡圖象問題，題目難度不大，分析圖象中時各物理量的變化曲線，把握平衡狀態(tài)的特征為解答該題的關鍵．