Question

科學家一直致力于“人工固氮”的方法研究．
（1）目前合成氨的技術原理為：（g）+3H2（g）?2NH3（g）；△H=-92.4kJ/molN2
該反應的能量變化如圖1所示．
①在反應體系中加入催化劑，反應速率增大，E₂的變化是：______．（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②將一定量的N₂（g）和H₂（g）放入1L的密閉容器中，在500℃、2×10⁷Pa下達到平衡，測得N₂為0.1mol，H₂為0.3mol，NH₃為0.1mol．該條件下H₂的轉化率為______．
③欲提高②容器中H₂的轉化率，下列措施可行的是______．
A．向容器中按原比例再充入原料氣
B．向容器中再充入惰性氣體
C．改變反應的催化劑
D．液化生成物分離出氨
（2）1998年希臘亞里士多德大學的兩位科學家采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳導H⁺），從而實現了高轉化率的電解法合成氨．其實驗裝置如圖2所示．陰極的電極反應式為______．
（3）根據最新“人工固氮”的研究報道，在常溫、常 壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃和TiO₂）表面與水發生下列反應：2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g）；△H=a kJ/mol
進一步研究NH₃生成量與溫度關系，常壓下達到平衡時測得部分實驗數據如下：

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

①此合成反應的a______0．（填“大于”、“小于”或“等于”）
N2（g）+3H2（g）2NH3（g）；△H=-92.4kJ/mol
②已知
O2（g）+2H2（g）2H2O（l）；△H=-571.6kJ/mol則2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g）；△H=kJ/mol
（4）NH₄Cl溶液呈酸性，這是由于N水解的緣故．則NH₄Cl在重水（D₂O）中水解的離子方程式是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①催化劑可以降低反應的活化能，增大反應速率；
②根據化學方程式進行計算；
③根據化學平衡移動原理的有關知識來回答；
（2）電解池的陰極發生得電子的還原反應；
（3）①根據溫度對化學平衡移動方向的影響來判斷反應的吸放熱情況；
②根據蓋斯定律計算焓變；
（4）根據水解的實質來書寫水解方程式．
解答：解：（1）①催化劑可以降低反應的活化能，增大反應速率，而E₁即為活化能，E₂=E₁+△H，所以E₂會減小，
故答案為：減��；
②根據化學方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始濃度；       0.6     0.45      0
變化濃度：0.5      0.15     0.1
平衡濃度：0.1        0.3      0.1
×100%≈33.3%，故答案為：33.3%；
③根據化學平衡：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
A．向容器中按原比例再充入原料氣，則壓強增大，平衡向右移動，氫氣的轉化率增大，故A正確；
B．向容器中再充入惰性氣體，則各組分濃度不變，平衡不移動，氫氣的轉化率不變，故B錯誤；
C．改變反應的催化劑，不影響平衡的移動，氫氣的轉化率不變，故C錯誤；
D．液化生成物分離出氨，平衡向右移動，氫氣的轉化率增大，故D正確；
故選AD．
（2）電解池的陰極發生得電子的還原反應，在合成氨中，氮氣得電子，所以陰極反應為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（3）①溫度對化學平衡移動方向的影響是：溫度越高，氨氣的量越大，所以升高溫度，平衡向右進行，反應是吸熱反應，故答案為：大于；
②已知：a、N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol；
b、O₂（g）+2H₂（g）═2H₂O（l）；△H=-571.6kJ/mol，
則反應2N₂（g）+6H₂O（l）═4NH₃（g）+3O₂（g）等于2a-3b；
所以△H=2×（-92.4kJ/mol）-3×（-571.6kJ/mol）=+1530.0kJ/mol，
故答案為：1530.0；
（4）NH₄Cl在重水（D₂O）中水解的實質是銨根和中水中的OD^-反應的結果，離子方程式是NH₄⁺+D₂O?NH₃?HDO+D⁺，故答案為：NH₄⁺+D₂O?NH₃?HDO+D⁺．
點評：本題考查學有關熱化學、電化學以及化學平衡移動原理可計算知識，考查角度廣，難度大．