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人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程．
I．最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）实验氮的固定一电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率．
总反应式为：N₂（g）+3H₂（g） $数学公式$ 2NH₃（g）
则在电解法合成氨的过程中，应将H₂不断地通入极（填“阴”或“阳”）；向另一电极通入N₂，该电极的反应式为．
II．据报道，在一定条件下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH₃，相应的反应方程式为：2N₂（g）+6H₂O（g）═4NH₃（g）+3O₂（g），△H=Q．
（1）上述反应的平衡常数表达式为．
（2）取五份等体积N₂和H₂O的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入体积相同的恒玉密闭容器中，在温度不相同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氮气的体积分数φ（N₂）与反应温度T的关系曲线如图（1）所示，则上述反应的Q0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）若上述反应在有人化剂的情况下发生，则如图（2）所示的a、b、c、d四条曲线中，能表示反应体系能量变化的是（选填字母代号），图（2）中△H的绝对值为1530kJ?mol^-1．
III．目前工业合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1．
回答下列问题：
（1）结合II中的数据，则：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）的△H=．

（2）在一定温度下，将1mol N₂和3mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8mol．
①达平衡时，H₂的转化率α₁=．
②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率为α₂，当α₁+α₂=1时，则起始时NH₃的物质的量n（NH₃）mol．

解：Ⅰ．跟据总反应式：N₂+3H₂ $\text{[math]}$ 2NH₃，氢气发生失电子的氧化反应，则在电解法合成氨的过程中，应将H₂不断地通入阳极，在另一电极通入N₂，发生得电子的还原反应，即N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案为：阳；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
Ⅱ．（1）上述反应的平衡常数表达式为：K= $\text{[math]}$ ，故答案为： $\text{[math]}$ ；
（2）曲线的变化先增大后变小．我们知道温度升高反应速率加快．在此题中，反应相同时间，低温下的两点是未达到平衡的两点，随温度的升高，氮气的体积分数随温度升高而变大，曲线的最高点是某温度下达到平衡的点，之后的两点，皆是平衡后的氮气的体积分数，且随温度升高而降低，则生成氮气的反应是放热反应，即此反应的正反应为吸热反应，即△H＜0，故答案为：＜；
（3）根据（2）的结论，反应是吸热反应，应从c、d曲线中找答案，使用催化剂可以降低反应的活化能，因此应该选d，故答案为：d；
Ⅲ．（1）2N₂（g）+6H₂O（g）═4NH₃（g）+3O₂（g），△H=-1530kJ?mol^-1①
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1．②
②× $\text{[math]}$ -①× $\text{[math]}$ ，得：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=2/3×（-93 kJ?mol^-1）-1/3×1530 kJ?mol^-1=-572 kJ?mol^-1，故答案为：-572 kJ?mol^-1；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△n
1 3 2 2
1.8mol （4-2.8）mol
H₂的转化率α₁为转化率为 $\text{[math]}$ %=60%，故答案为：60%；
②根据题意可以判断出是从正逆两个方向建立的平衡，由此推断出起始时NH₃的物质的量为2mol，所以起始时NH₃的物质的量2mol，故答案为：2．
分析：Ⅰ．在电解池中，阳极上发生失电子的氧化反应，阴极上发生得电子的还原反应，根据电解的总反应来书写电极反应；
Ⅱ．（1）平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；
（2）曲线的变化先增大后变小．我们知道温度升高反应速率加快．在此题中，反应相同时间，低温下的两点是未达到平衡的两点，随温度的升高，氮气的体积分数随温度升高而变大，曲线的最高点是某温度下达到平衡的点，之后的两点，皆是平衡后的氮气的体积分数，且随温度升高而降低，则生成氮气的反应是放热反应，即此反应的正反应为吸热反应．
（3）根据（2）的结论，反应是吸热反应，应从c、d曲线中找答案，使用催化剂可以降低反应的活化能；
Ⅲ．（1）根据盖斯定律求出目标反应方程式，求出反应热；
（2）根据差量法求出参加反应的H₂，然后求出转化率；
（3）根据题意可以判断出是从正逆两个方向建立的平衡，由此推断出起始时NH₃的物质的量为2mol．
点评：本题以人工固氮为载体来考查化学反应原理中的电化学、化学反应的热效应、化学反应的限度（平衡态的建立、转化率、化学平衡与反应热），难度中等．

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相关习题

科目：高中化学 来源： 题型：阅读理解

（2013?日照一模）人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程．
I．最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）实验氮的固定一电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率．
总反应式为：N₂（g）+3H₂（g）

通电

一定条件

2NH₃（g）
则在电解法合成氨的过程中，应将H₂不断地通入

阳

极（填“阴”或“阳”）；向另一电极通入N₂，该电极的反应式为

N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃

．
II．据报道，在一定条件下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH₃，相应的反应方程式为：2N₂（g）+6H₂O（g）═4NH₃（g）+3O₂（g），△H=Q．
（1）上述反应的平衡常数表达式为

c4(NH3)?c3(O2)

c2(N2)?c6(H2O)

c4(NH3)?c3(O2)

c2(N2)?c6(H2O)

．
（2）取五份等体积N₂和H₂O的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入体积相同的恒玉密闭容器中，在温度不相同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氮气的体积分数φ（N₂）与反应温度T的关系曲线如图（1）所示，则上述反应的Q

＞

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）若上述反应在有人化剂的情况下发生，则如图（2）所示的a、b、c、d四条曲线中，能表示反应体系能量变化的是

（选填字母代号），图（2）中△H的绝对值为1530kJ?mol^-1．
III．目前工业合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1．
回答下列问题：
（1）结合II中的数据，则：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）的△H=

-570kJ?mol^-1

．

（2）在一定温度下，将1mol N₂和3mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8mol．
①达平衡时，H₂的转化率α₁=

60%

．
②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率为α₂，当α₁+α₂=1时，则起始时NH₃的物质的量n（NH₃）

mol．

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科目：高中化学 来源： 题型：阅读理解

人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程．据报道，常温、常压、光照条件下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，生成的主要产物为NH₃，相应的热化学方程式为：
N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+

O₂（g）△H=+765.0kJ/mol．
Ⅰ．请在如图所示的坐标中画出上述反应在有催化剂和无催化剂两种情况下反应体系中的能量变化示意图，并进行标注（包括△H）．

Ⅱ．目前工业合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol．
回答下列问题：
（1）氢气的燃烧热△H=

-286.0

kJ/mol．
（2）在恒温恒容密闭容器中进行的合成氨反应，下列能表示达到平衡状态的是

（填序号）．
a．混合气体的压强不再发生变化
b．混合气体的密度不再发生变化
c．反应容器中N₂、NH₃的物质的量的比值不再发生变化
d．单位时间内断开a个H-H键的同时形成3a个N-H键
e．三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比
（3）在恒温恒容的密闭容器中，合成氨反应的各物质浓度变化曲线如图所示．请回答下列问题：

①表示N₂ 的浓度变化的曲线是

（选填曲线代号“A”、“B”或“C”）．
②前25min 内，用H₂ 的浓度变化表示的化学反应平均速率是

0.12 mol?L^-1?min^-1

．
③在25min 末反应刚好达到平衡，则该温度下反应的平衡常数K=

（计算结果可用分数表示）．
若升高温度，该反应的平衡常数值将

减小

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）在第25min 末，保持其它条件不变，若升高反应温度并设法保持该温度不变，在第35min末再次达到平衡．平衡移动过程中H₂ 浓度变化了1.5mol?L^-1，请你在图中画出第25min～40min NH₃浓度变化曲线．
（5）在一定温度下，将1mol N₂和3mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8mol．
①达平衡时，H₂的转化率α₁=

60%

．
②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率为α₂，当α₁+α₂=1时，则起始时n （NH₃）=

mol．

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科目：高中化学 来源：2013届湖北省部分重点中学（天门中学等）高三上学期期中联考化学试卷（带解析） 题型：填空题

(17分)人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程。据报道,常温、常压、光照条件下,N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，生成的主要产物为NH₃，相应的热化学方程式为：N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g) △H="+765.0kJ" /mol。
Ⅰ．请在下图所示的坐标中画出上述反应在有催化剂和无催化剂两种情况下反应体系中的能量变化示意图，并进行标注(包括△H)。

Ⅱ．目前工业合成氨的原理是：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H=－93.0kJ /mol。
回答下列问题：
(1)氢气的燃烧热△H=_______________kJ/mol。
(2)在恒温恒容密闭容器中进行的合成氨反应，下列能表示达到平衡状态的是_______(填序号)。
a．混合气体的压强不再发生变化
b．混合气体的密度不再发生变化
c．反应容器中N₂、NH₃的物质的量的比值不再发生变化
d．单位时间内断开a个H－H键的同时形成3 a个N－H键
e．三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比
(3)在恒温恒容的密闭容器中，合成氨反应的各物质浓度变化曲线如下图所示。请回答下列问题：

① 表示N₂的浓度变化的曲线是              (选填曲线代号“A”、“B”或“C”)。
② 前25 min 内，用H₂的浓度变化表示的化学反应平均速率是            。
③在25 min 末反应刚好达到平衡，则该温度下反应的平衡常数K =        (计算结果可用分数表示)。若升高温度，该反应的平衡常数值将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)在第25 min 末，保持其它条件不变，若升高反应温度并设法保持该温度不变，在第35 min末再次达到平衡。平衡移动过程中H₂浓度变化了1.5 mol·L^－1，请你在图中画出第25 min ～ 40 min NH₃浓度变化曲线。
(5)在一定温度下，将1 mol N₂和3 mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8 mol 。
①达平衡时，H₂的转化率α₁= ____________。
②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率为α₂，当α₁+ α₂=1时，则起始时n (NH₃)= ________mol。

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科目：高中化学 来源：2012-2013学年山东省日照市高三第一次模拟考试理综化学试卷（解析版） 题型：填空题

人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程。

I.最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）实验氮的固定一电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率。总反应式为：N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)，则在电解法合成氨的过程中，应将H₂不断地通入_________极（填“阴”或“阳”）；向另一电极通入N₂，该电极的反应式为__________________________。

II.据报道，在一定条件下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH₃，相应的反应方程式为：2N₂(g)＋6H₂O(g)4NH₃(g)＋3O₂(g) △H＝Q。

（1）上述反应的平衡常数表达式为_______________。

（2）取五份等体积N₂和H₂O的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入体积相同的恒容密闭容器中，在温度不相同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氮气的体积分数与反应温度T的关系曲线如图所示，则上述反应的Q________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

（3）若上述反应在有催化剂的情况下发生，则下图所示的a、b、c、d四条曲线中，能表示反应体系能量变化的是_______（选填字母代号），图中△H的绝对值为1530kJ·mol^-1。

III.目前工业合成氨的原理是：N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g) △H＝－93.0kJ/mol。

回答下列问题：

（1）结合II中的数据，则O₂(g)＋2H₂(g)＝2H₂O(g)的△H＝______________。

（2）在一定温度下，将1molN₂和3mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8mol。

①达平衡时，H₂的转化率α₁＝______________。

②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率为α₂，当α₁＋α₂＝1时，则起始时NH₃的物质的量n(NH₃)＝_____________mol。

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科目：高中化学 来源：2012-2013学年山东省聊城市高三下学期期初考试化学试卷（解析版） 题型：填空题

人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程。据报道,常温、常压、光照条件下,N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，生成的主要产物为NH₃，相应的热化学方程式为：N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g) △H="+765.0kJ" /mol。

Ⅰ．请在下图所示的坐标中画出上述反应在有催化剂和无催化剂两种情况下反应体系中的能量变化示意图，并进行标注(包括△H)。

Ⅱ．目前工业合成氨的原理是：N₂(g)+ 3H₂(g)2NH₃(g) △H=－93.0kJ /mol。

回答下列问题：

(1)氢气的燃烧热△H=_______________kJ/mol。

(2)在恒温恒容密闭容器中进行的合成氨反应，下列能表示达到平衡状态的是_______(填序号)。

a．混合气体的压强不再发生变化

b．混合气体的密度不再发生变化

c．反应容器中N₂、NH₃的物质的量的比值不再发生变化

d．单位时间内断开a个H－H键的同时形成3 a个N－H键

e．三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比

(3)在恒温恒容的密闭容器中，合成氨反应的各物质浓度变化曲线如下图所示。请回答下列问题：

① 表示N₂的浓度变化的曲线是 (选填曲线代号“A”、“B”或“C”)。

② 前25 min 内，用H₂的浓度变化表示的化学反应平均速率是。

③在25 min 末反应刚好达到平衡，则该温度下反应的平衡常数K = (计算结果可用分数表示)。若升高温度，该反应的平衡常数值将_______(填“增大”、 “减小”或“不变”)。

(4)在第25 min 末，保持其它条件不变，若升高反应温度并设法保持该温度不变，在第35 min末再次达到平衡。平衡移动过程中H₂浓度变化了1.5 mol·L^－¹，请你在图中画出第25 min ～ 40 min NH₃浓度变化曲线。

(5)在一定温度下，将1 mol N₂和3 mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8 mol 。

①达平衡时，H₂的转化率α₁= ____________。

②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率为α₂，当α₁+ α₂=1时，则起始时n (NH₃)= ________mol。

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