Question

【題目】氮的固定對人類的生存發展具有重要意義，科學家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。

(1)豆科植物的根瘤菌含有一種固氮酶，能在常溫下將空氣中的氮氣轉化為自身生長所需的含氮化合物，下列說法錯誤的是________(填標號)。

a．固氮酶是一種蛋白質

b．固氮酶能降低固氮反應發生所需的能量

c．固氮酶能使固氮反應的平衡正向移動

d．固氮酶能加快固氮反應的速率

(2)合成氨是目前最重要的固氮方法。下圖為合成氨反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在不同溫度和壓強、使用相同催化劑條件下，初始時氮氣、氫氣的體積之比為1∶3時，平衡混合物中氨的體積分數的變化曲線如下圖。

①A、B兩平衡狀態相比較，前者較大的是___________(填標號)。

a．平衡常數 b．平衡混合物的平均摩爾質量

c．氫氣的轉化率 d．從反應開始至達到平衡狀態所需要的時間

②圖中p1、p2、p3由大到小的順序為_____________________。

③在250 ℃、p2下，H2的轉化率為_____________%(結果保留小數點后一位)。

(3)據報道：在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑(摻有少量Fe2O3的TiO2)表面與水發生反應，生成的主要產物為NH3和一種單質。已知：①H2(g)＋ O2(g)===H2O(l)　ΔH1＝－285.6 kJ/mol，②N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH2＝－92.2 kJ/mol，寫出此條件下氮氣和水反應的熱化學方程式：________________。

(4)下圖為一種常溫常壓下水溶液中電化學合成氨的實驗裝置示意圖。請據此寫出其正極反應的電極反應式：_________________________________。

Answer 1

【答案】cadp1>p2>p366.72N2(g)＋6H2O(l)===4NH3(g)＋3O2(g) ΔH＝＋1529.2kJ/molN2＋6e－＋6H2O===2NH3＋6OH－(或N2＋6e－＋6H＋===2NH3)

【解析】

（1）a．酶都屬于蛋白質，所以固氮酶是一種蛋白質，故a說法正確；
b．固氮酶起到了催化劑的作用，所以固氮酶能降低固氮反應發生所需的能量，使反應在常溫下就可以進行，故b說法正確；
c．催化劑只能改變反應速率，不能影響化學平衡，所以固氮酶不能使固氮反應的平衡正向移動，故c說法錯誤；
d．催化劑能夠加快反應速率，所以固氮酶能加快固氮反應的速率，故d說法正確；
故答案為：c；
（2）①a．平衡常數只受溫度影響，根據圖象可知，A點的溫度小于B，合成氨的反應為放熱反應，溫度升高，平衡向著逆向移動，平衡常數減小，所以A的平衡常數大于B，故a正確；
b．A、B都處于平衡狀態時，氨氣的體積分數相等，則氮氣和氫氣的體積分數也相等，則混合氣體的平均摩爾質量：A=B，故b錯誤；
c．氫氣的轉化率：由于A、B達到平衡狀態時各組分的含量完全相同，所以氫氣的轉化率：A=B，故c錯誤；
d．B的壓強、溫度都大于A，則B的反應速率大于A，所以B優先達到平衡狀態，即從反應開始至達平衡狀態所需要的時間：A＞B，故d正確；

故答案為：ad；
②相同溫度下，壓強增大，平衡向著正向移動，氨氣的體積分數增大，氨氣的體積分數關系為：p1＞p2＞p3，則壓強大小為：p1＞p2＞p3，故答案為：p1＞p2＞p3，
③在250℃、1.0×104kPa下，初始時氮氣、氫氣的體積比為1：3，氨氣的體積分數為50%，設氮氣的轉化率為x，則
N2+3H22NH3
開始 1 3 0
轉化 x 3x 2x
平衡 1-x 3-3x 2x
所以=50%，解得x=，則氫氣的轉化率為：=x=×100%≈66.7%，
故答案為：66.7；
（3）①H2（g）+O2（g）═H2O（1）△Hl═-285.6kJ/mol②N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△H2═-92.2kJ/mol，氮氣與水反應的化學方程式為：2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g），根據蓋斯定律，②×2-①×6可得：2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=2△H2-6△Hl═+1529.2kJ/mol，故答案為：2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=+1529.2kJ/mol；
（4）根據圖示可知，陽極氮氣失去電子發生氧化反應生成氨氣，電極反應式為：N2-6e-+6H2O=2NH3+6OH-（或N2-6e-+6H+=2NH3），故答案為：N2-6e-+6H2O=2NH3+6OH-（或N2-6e-+6H+=2NH3）。