Question

11．氨是一种重要的化工原料，氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一．
（1）传统哈伯法合成氨工艺中相关的反应式为：N₂（g）+3H₂（g）$?_{△}^{催化剂}$2NH₃（g），△H＜0
①该反应的平衡常数K的表达式为：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．升高温度，K值减小（填“增大”“减小”或“不变”）．
②不同温度、压强下，合成氨平衡体系中NH₃的物质的量分数见下表（N₂和H₂的起始物质的量之比为1：3）．分析表中数据，200℃、100MPa（填温度和压强）时H₂转化率最高，实际工业生产中不选用该条件的主要原因是压强太高生产设备条件难以实现．

氨的平衡（MP）含量%压强温度（℃）	0.1	10	20	30	60	100
200	15.3	81.5	86.4	89.9	95.4	98.8
300	2.2	52.0	64.2	71.0	84.2	92.6
400	0.4	25.1	38.2	47.0	65.2	79.8
500	0.1	10.6	19.1	26.4	42.2	57.5
600	0.05	4.5	9.1	13.8	23.1	31.4

③下列关于合成氨说法正确是B（填字母）
A．使用催化剂可以提高氮气的转化率
B．寻找常温下的合适催化剂是未来研究的方向
C．由于△H＜0、△S＞0，故合成氨反应一定能自发进行
（2）最近美国Simons等科学家发明了不必使氨先裂化为氢就可直接用于燃料电池的方法．其装置为用铂黑作为电极，加入碱性电解质溶液中，一个电极通入空气，另一电极通入氨气．其电池反应为4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，写出负极电极反应式2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）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；根据温度对平衡移动的影响判断平衡常数的变化；
②H₂转化率最高时，氨气的含量最大；
③A．催化剂不影响平衡移动；
B．寻找常温下的合适催化剂可减少能量的消耗；
C．此反应为熵减的反应，即△S＜0；
（2）氨气为碱性气体，易与酸反应，应用碱性电解质，负极发生氧化反应．

解答 解：（1）①根据化学方程式可写出平衡常数为k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，由于反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则平衡常数减小，故答案为：k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；减小；
②200℃、100MPa时氨气的含量最大，则H₂转化率最高，但实际工业生产中压强不能太大，因压强太高，对生产设备要求也高，难以实现，故答案为：200℃、100MPa；压强太高，对生产设备要求也高，难以实现；
③A．催化剂不影响平衡移动，故A错误；
B．寻找常温下的合适催化剂可减少能量的消耗，为研究的主要方向，故B正确；
C．△S＜0，需在一定温度下才能进行，故C错误；故答案为：B；
（2）负极发生氧化反应，氨气被氧化生产氮气，电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，故答案为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂．

点评 本题考查化学平衡、电化学等知识，题目难度中等，本题影响化学平衡的因素，把握电极反应式的书写．