Question

【題目】氮的固定是幾百年來科學家一直研究的課題。

（1）下表列舉了不同溫度下大氣固氮和工業(yè)固氮的部分K值。

反應	大氣固氮 N2(g)+O2(g)2NO(g)		工業(yè)固氮 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
溫度/℃	27	2000	25	400	450
K	3.84×10－31	0.1	5×108	0.507	0.152

①分析數(shù)據(jù)可知：大氣固氮反應屬于_______（填“吸熱”或“放熱”）反應。

②分析數(shù)據(jù)可知：現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)不采用“大氣固氮”原理的原因：_______。

③從平衡視角考慮，工業(yè)固氮應該選擇常溫條件，但實際工業(yè)生產(chǎn)卻選擇500℃左右的高溫，解釋其原因______________。

（2）工業(yè)固氮反應中，在其他條件相同時，分別測定N2的平衡轉(zhuǎn)化率在不同壓強（P1、P2）下隨溫度變化的曲線，下圖所示的圖示中，正確的是____（填“A”或“B”）；比較P1、P2的大小關(guān)系_______。

（3）20世紀末，科學家采用高質(zhì)子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H+）為介質(zhì)，用吸附在它內(nèi)外表面上的金屬鈀多晶薄膜做電極，實現(xiàn)高溫常壓下的電化學合成氨，提高了反應物的轉(zhuǎn)化率，其實驗簡圖如C所示，陰極的電極反應式是__________。

（4）近年，又有科學家提出在常溫、常壓、催化劑等條件下合成氨氣的新思路，反應原理為：2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g)，則其反應熱△H=________。（已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=－92.4kJ·mol－1；2H2(g)+O2(g)2H2O(l) △H=－571.6kJ·mol－1）

Answer 1

【答案】 吸熱 K值小，正向進行的程度小（或轉(zhuǎn)化率低），不適合大規(guī)模生產(chǎn) 從反應速率角度考慮，高溫更好，但從催化劑活性等綜合因素考慮選擇500℃左右合適 A P2＞P1 N2+6e－+6H+=2NH3 +1530kJ·mol－1

【解析】（1）①通過K隨溫度的變化判斷，大氣固氮中，K隨溫度升高而增大，表明升溫平衡正向移動，大氣固氮為吸熱反應；②27℃時K值太小，化學反應進行的程度小，不適合大規(guī)模生產(chǎn)；③人工固氮選擇500℃左右，因為考慮到催化劑的活性和生產(chǎn)成本；

（2）分析工業(yè)固氮的K隨溫度變化，確定為放熱過程，所以A圖正確，正反應為氣體體積減小的反應，所以壓強大N2的轉(zhuǎn)化率高，所以р2＞р1；

（3）利用電化學反應制取氨氣，通入的氮氣發(fā)生還原反應，且介質(zhì)為酸性，從而寫出電極反應式： N2+6e－+6H+=2NH3 ；

（4）2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g)可以由反應①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=－92.4kJ·mol－1；②2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) △H=－571.6kJ·mol－1）

[①×2-②×3]得到，根據(jù)蓋斯定律確定其ΔH＝+1530kJ·mol－1.