Question

（11 分）科學家一直致力研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實驗報道：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，反應的化學方程式如下：N₂(g)+ 3H₂O(l)  2NH₃(g)+ O₂(g)。回答下列問題：

（1）進一步研究NH₃生成量與溫度的關系，部分實驗數據見下表（光照、N₂壓力1.0×10⁵Pa、反應時間3 h），則該反應的正反應為            反應（填“吸熱”或“放熱”）

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

（2）與目前廣泛使用的工業合成氨方法相比，該方法中固氮反應速率慢。請提出可提高其反應速率且增大NH₃生成量的建議：　　                                      。

（3）合成氨工業中原料氣N₂可從空氣中分離得到，H₂可用甲烷在高溫下與水蒸氣反應制得。甲烷在高溫下與水蒸氣反應反應方程式為：CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g)。部分物質的燃燒熱數

據如下：

H₂(g) ：△H=－285.8 kJ・mol^－1；

CO(g) ：△H =－283.0 kJ・mol^－1；

CH₄(g) ：△H=－890.3 kJ・mol^－1 。

已知1mol H₂O(g)轉變為1mol H₂O(l)時放出44.0 kJ熱量。寫出CH₄和H₂O在高溫下反應的熱化學方程式__________________________________。 

（4）有人設想尋求適合的催化劑和電極材料，以N₂、H₂為電極反應物，以HCl——NH₄Cl為電解質溶液制成新型燃料電池，請寫出該電極的正極反應式                     

（5）生成的NH₃可用于制銨態氮肥，如(NH₄)₂SO₄、NH₄Cl，這些肥料顯        性，原因是（用離子方程式表示）___________________________，使用時避免與________________物質合施。

 

Answer 1

（ 11 分）

（1）吸熱

（2）升高溫度. 增大N₂的濃度

（3）CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g) △H＝＋206.1kJ・mol^－1

（4） N₂+8H ⁺+ 6e^—  = 2 NH₄⁺ 

（5）酸性  NH₄⁺+H₂ONH₃ H₂O+H⁺ 堿性

解析: