Question

【題目】科學家一直致力于“人工固氮”的研究，現已有多種方法。

（方法一）

1918年，德國化學家哈伯因發明工業合成氨的方法而榮獲諾貝爾化學獎。

(1)若將1 mol N2和3 mol H2放入1L的密閉容器中，5min后N2的濃度為0.8mol/L，這段時間內用N2的濃度變化表示的反應速率為________mol／(L·min)。

(2)在一定溫度下的定容密閉容器中發生上述反應，下列敘述能說明反應已經達到平衡狀態的是________________。

a. υ(N2)正=3υ(H2)逆

b. 容器中氣體的密度不隨時間而變化

c. 容器中氣體的分子總數不隨時間而變化

d. 容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化

(3)若1 mol N2完全轉化為NH3的反應熱為H=－92 kJ/mol，拆開1 mol H—H鍵和1 mol NN 鍵需要的能量分別是436 kJ和946 kJ，則拆開1 mol N—H鍵需要的能量是__________kJ。

(4)合成氨反應的生產條件選擇中，能用勒夏特列原理解釋的是________________。

①使用催化劑 ②高溫 ③高壓 ④及時將氨氣液化從體系中分離出來

A. ①③ B. ②③ C. ③④ D. ②④

（方法二）

1998年，兩位希臘化學家提出了電解合成氨的新思路：

采用高質子導電性的SCY陶瓷(能傳遞H+)為介質，實現了高溫(570℃)常壓下高轉化率的電解法合成氨，轉化率可達到78％，裝置如下圖：

鈀電極A是電解池的________極(填“陽”或“陰”)，陽極反應式為__________________。

（方法三）

最新的“人工固氮”研究報道：在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑表面與水發生反應，直接生成氨氣和氧氣：

已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=－92 kJ／mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) H=－571.6 kJ／mol

寫出上述固氮反應的熱化學方程式________________________________。

Answer 1

【答案】0.04 c d 391 C 陰 H2－2e－=2H+ 2N2(g)+6H2O(I)=4NH3(g)+3O2(g) H=+1530.8 kJ／mol

【解析】

本題考查的是速率的計算、平衡標志、鍵能的計算、平衡移動、電極式書寫、蓋斯定律。

方法一：（1）將1 mol N2和3 mol H2放入1L的密閉容器中，則c(N2)= ，c(H2)= ，5min后N2的濃度為0.8mol/L，則，則υ(N2)；

（2）a.若用不同的物質表示反應速率，應一種物質用正反應速率表示，一種物質用逆反應速率表示，且速率之比等于化學計量數之比，則應3υ(N2)正=υ(H2)逆，可以證明反應達到平衡狀態，故a錯誤；

b.ρ=m/V，氣體質量和總體積都不隨時間而變化，密度不隨時間而變化不能證明反應達到平衡狀態，故b錯誤；

c.氮氣和氫氣生成氨氣的反應為反應前后氣體總物質的量變化的反應，即反應前后氣體的分子總數變化的反應，當氣體的分子總數不變時，可以證明反應達到平衡狀態，故c正確；

d.M=m/n，氣體質量不變，氣體總物質的量隨時間而變化，當平均相對分子質量不變時，則可以證明反應達到平衡狀態，故d正確；

（3）設拆開1mol N-H鍵需要的能量是x，由△H=反應物鍵能和-生成物鍵能和，得-92kJ=436kJ×3+946kJ-6x，解得：x=391kJ；

（4）①使用催化劑，不會引起化學平衡的移動，不能用勒夏特列原理解釋，故①不符合題意。

②高溫，不利于氨氣的合成，但是可以提高催化劑的催化活性，不能用勒夏特列原理解釋，故②不符合題意。

③增大壓強，化學平衡會正向移動，有利于氨氣的合成，能用勒夏特列原理解釋，故④符合題意。

④將生成的氨液化并及時從體系中分離出來，未反應的N2、H2循環到合成塔中，都會使得化學平衡正向移動，有利于氨的合成，能用勒夏特列原理解釋，故④符合題意；

方法二：根據圖示信息，陽離子移向陰極，可知鈀電極A是陰極，陽極發生失電子的氧化反應，即H2-2e-=2H+；

方法三：已知：①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=92kJmol1，

②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=571.6kJmol1，

根據蓋斯定律①×2②×3可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=(92kJmol1)×2(571.6kJmol1)×3=+1530.8kJmol1。據此解答。

方法一：（1）將1 mol N2和3 mol H2放入1L的密閉容器中，則c(N2)= ，c(H2)= ，5min后N2的濃度為0.8mol/L，則，則υ(N2)；本小題答案為：0.04。

（2）a.若用不同的物質表示反應速率，應一種物質用正反應速率表示，一種物質用逆反應速率表示，且速率之比等于化學計量數之比，則應3υ(N2)正=υ(H2)逆，可以證明反應達到平衡狀態，故a錯誤；

b.ρ=m/V，氣體質量和總體積都不隨時間而變化，密度不隨時間而變化不能證明反應達到平衡狀態，故b錯誤；

c.氮氣和氫氣生成氨氣的反應為反應前后氣體總物質的量變化的反應，即反應前后氣體的分子總數變化的反應，當氣體的分子總數不變時，可以證明反應達到平衡狀態，故c正確；

d.M=m/n，氣體質量不變，氣體總物質的量隨時間而變化，當平均相對分子質量不變時，則可以證明反應達到平衡狀態，故d正確；故選：cd。

（3）設拆開1mol N-H鍵需要的能量是x，由△H=反應物鍵能和-生成物鍵能和，得-92kJ=436kJ×3+946kJ-6x，解得：x=391kJ；本小題答案為：391。

（4）①使用催化劑，不會引起化學平衡的移動，不能用勒夏特列原理解釋，故①不符合題意。

②高溫，不利于氨氣的合成，但是可以提高催化劑的催化活性，不能用勒夏特列原理解釋，故②不符合題意。

③增大壓強，化學平衡會正向移動，有利于氨氣的合成，能用勒夏特列原理解釋，故④符合題意。

④將生成的氨液化并及時從體系中分離出來，未反應的N2、H2循環到合塔中，都會使得化學平衡正向移動，有利于氨的合成，能用勒夏特列原理解釋，故④符合題意；答案選C。

方法二：根據圖示信息，陽離子移向陰極，可知鈀電極A是陰極，陽極發生失電子的氧化反應，即H2-2e-=2H+。故本小題答案為：陰；H2－2e－=2H+。

方法三：已知：①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=92kJmol1，

②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=571.6kJmol1，

根據蓋斯定律①×2②×3可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=(92kJmol1)×2(571.6kJmol1)×3=+1530.8kJmol1。本小題答案為：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) H=+1530.8 kJ／mol。