Question

（14分）合成氨是人類研究的重要課題，目前工業(yè)合成氨的原理為：

合成氨是人類研究的重要課題，目前工業(yè)合成氨的原理為：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=-93.0kJ?mol-1，在3個2L的密閉容器中，使用相同的催化劑，按不同方式投入反應物，分別進行反應：

相持恒溫、恒容，測的反應達到平衡時關系數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應物投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	2mol NH3
達到平衡的時間/min		6	8
平衡時 N2的體積密度	C1	1.5
混合氣體密度/g·L-1
平衡常數(shù)/ L2·mol-2	K甲	K乙	K丙

（1）下列各項能說明該反應已到達平衡狀態(tài)的是 （填寫序號字母）

a.容器內H2、N2 、NH3的濃度只比為1：3：2 b.容器內壓強保持不變

c. d.混合氣體的密度保持不變

e.混合氣體的平均相對分子質量不變

（2）容器乙中反應從開始到達平衡的反應速度為=

（3）在該溫度下甲容器中反應的平衡常數(shù)K （用含C1的代數(shù)式表示）

（4）分析上表數(shù)據(jù)，下列關系正確的是 （填序號）：

a. b.氮氣的轉化率： c. d.

（5）另據(jù)報道，常溫、常壓下，N2在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應，生成NH3和O2。已知：H2的燃燒熱△H=-286KJ/mol，則由次原理制NH3反應的熱化學方程式為

（6）希臘阿里斯多德大學的George Mamellos和Michacl Stoukides,發(fā)明了一種合成氨的新方法，在常壓下，把氫氣和用氨氣稀釋的氮氣分別通入一個加熱到的電解池，李勇能通過的氫離子的多孔陶瓷固體作電解質，氫氣和氮氣在電極上合成了氨，轉化率達到78%，在電解法合成氨的過程中，應將N2不斷地通入 極，該電極反應式為 。

 

Answer 1

（14分，每空2分）（1）be（全對2分，對1個得1分，有錯不得分）

（2）0.25mol/(L·min)（單位不寫或錯寫扣1分）

（3）K=4（1-C1）2/C1·(3C1-1.5)3

（4）C

（5）2N2(g)+6H2O(l)=4 NH3(g)+3 O2(g) △H=+1530kJ·mol-1

（6）陰 N2+6H+++6e-==2 NH3

【解析】

試題分析：（1）合成氨反應是反應前后氣體物質的量發(fā)生變化的可逆反應，所以壓強不變時證明已達平衡狀態(tài)，b正確；容器內的各物質的濃度比符合化學計量數(shù)之比時未必是平衡狀態(tài)，a錯誤；根據(jù)好好的定義，正逆反應速率相等時達平衡狀態(tài)，氫氣的反應速率是氮氣反應速率的3倍，c錯誤；容器的體積不變，所以氣體的密度始終不變，d錯誤；氣體的質量不變，而氣體的總物質的量變化，當平均相對分子質量不變時已達平衡狀態(tài)，e正確，答案選be；

（2）根據(jù)氮氣的體積密度即濃度可計算平衡時氮氣的物質的量為3mol，則消耗氮氣的物質的量是1mol，氫氣的物質的量是3mol，所以用氫氣表示的反應速率為3mol/2L/6min=0.25 mol/(L·min);

（3）氮氣、氫氣的起始濃度分別為1mol/L、1.5mol/L,根據(jù)氮氣平衡時的濃度可計算消耗氮氣的濃度為1- C1，消耗氫氣的濃度是3（1- C1），生成氨氣的濃度為2（1- C1），根據(jù)化學平衡常數(shù)的表達式可得K甲=c(NH3)2/c(N2)c(H2)3=4（1-C1）2/C1·(3C1-1.5)3

（4）A、乙容器的反應物濃度是甲容器的2倍，保持恒溫、恒容，乙容器相當于在2個甲的基礎上又正向移動，氮氣的濃度減小，所以2 C1>1.5mol/L,錯誤；B、把丙的2mol氨氣轉化為3mol氫氣和1mol氮氣與丙達到的平衡是等效的。甲與丙相比，甲的氫氣濃度大，氮氣的轉化率高，錯誤；C、乙容器的氣體質量是甲容器的氣體質量的2倍，容器的體積都為2L，所以，正確；D、三個容器的溫度相同，則化學平衡常數(shù)相等，錯誤，答案選C；

（5）根據(jù)蓋斯定律N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=-93.0kJ?mol-1，①

2 H2（g）+O2（g）=2 H2O(l) △H=-572 kJ?mol-1 ②

則2N2(g)+6H2O(l)=4 NH3(g)+3 O2(g)的△H=①×2-②×3=+1530 kJ?mol-，所以所求熱化學方程式為

2N2(g)+6H2O(l)=4 NH3(g)+3 O2(g) △H=+1530kJ·mol-1

（6）氮氣中的N元素化合價為0，氨氣中的N元素的化合價為-3，所以氮氣發(fā)生還原反應，則氮氣是電解池的陰極；發(fā)生的電極反應式為N2+6H+++6e-==2 NH3

考點：考查化學平衡狀態(tài)的判斷，化學平衡常數(shù)的計算，蓋斯定律的應用，電化學原理的應用，反應速率的計算