Question

科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究．
（1）目前合成氨的技术原理为：（g）+3H2（g）?2NH3（g）；△H=-92.4kJ/molN2
该反应的能量变化如图1所示．
①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E₂的变化是：______．（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②将一定量的N₂（g）和H₂（g）放入1L的密闭容器中，在500℃、2×10⁷Pa下达到平衡，测得N₂为0.1mol，H₂为0.3mol，NH₃为0.1mol．该条件下H₂的转化率为______．
③欲提高②容器中H₂的转化率，下列措施可行的是______．
A．向容器中按原比例再充入原料气
B．向容器中再充入惰性气体
C．改变反应的催化剂
D．液化生成物分离出氨
（2）1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传导H⁺），从而实现了高转化率的电解法合成氨．其实验装置如图2所示．阴极的电极反应式为______．
（3）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常 压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃和TiO₂）表面与水发生下列反应：2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g）；△H=a kJ/mol
进一步研究NH₃生成量与温度关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下：

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

①此合成反应的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则2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g）；△H=kJ/mol
（4）NH₄Cl溶液呈酸性，这是由于N水解的缘故．则NH₄Cl在重水（D₂O）中水解的离子方程式是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①催化剂可以降低反应的活化能，增大反应速率；
②根据化学方程式进行计算；
③根据化学平衡移动原理的有关知识来回答；
（2）电解池的阴极发生得电子的还原反应；
（3）①根据温度对化学平衡移动方向的影响来判断反应的吸放热情况；
②根据盖斯定律计算焓变；
（4）根据水解的实质来书写水解方程式．
解答：解：（1）①催化剂可以降低反应的活化能，增大反应速率，而E₁即为活化能，E₂=E₁+△H，所以E₂会减小，
故答案为：减小；
②根据化学方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始浓度；       0.6     0.45      0
变化浓度：0.5      0.15     0.1
平衡浓度：0.1        0.3      0.1
×100%≈33.3%，故答案为：33.3%；
③根据化学平衡：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
A．向容器中按原比例再充入原料气，则压强增大，平衡向右移动，氢气的转化率增大，故A正确；
B．向容器中再充入惰性气体，则各组分浓度不变，平衡不移动，氢气的转化率不变，故B错误；
C．改变反应的催化剂，不影响平衡的移动，氢气的转化率不变，故C错误；
D．液化生成物分离出氨，平衡向右移动，氢气的转化率增大，故D正确；
故选AD．
（2）电解池的阴极发生得电子的还原反应，在合成氨中，氮气得电子，所以阴极反应为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（3）①温度对化学平衡移动方向的影响是：温度越高，氨气的量越大，所以升高温度，平衡向右进行，反应是吸热反应，故答案为：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，
则反应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，
故答案为：1530.0；
（4）NH₄Cl在重水（D₂O）中水解的实质是铵根和中水中的OD^-反应的结果，离子方程式是NH₄⁺+D₂O?NH₃?HDO+D⁺，故答案为：NH₄⁺+D₂O?NH₃?HDO+D⁺．
点评：本题考查学有关热化学、电化学以及化学平衡移动原理可计算知识，考查角度广，难度大．