Question

科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法．曾有报道：在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面与水发生反应，生成的主要产物为NH₃和另一种常见气体．进一步研究NH₃生成量与温度的关系（其它条件均相同），部分实验数据见下表：

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

回答下列问题：
（1）写出该反应的化学方程式

 

（2）该反应的焓变△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）请在答题纸的坐标图中画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注．
（4）与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢．请提出可提高其反应速率且增大NH₃生成量的建议：

 

．
（5）已知：
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g）△H=-184.6kJ/mol

1

2

N₂（g）+2H₂（g）+

1

2

Cl₂（g）═NH₄Cl（s）△H=-313.6kJ/mol
计算NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）的反应焓变：△H=

 

．

Answer 1

考点：反应热和焓变,热化学方程式

专题：化学反应中的能量变化

分析：（1）根据已知反应物和生成物分析出另一种产物，再利用氧化还原配平法配平；
（2）图表分析温度升高，平衡状态氨气的物质的量增大，说明升温平衡正向进行，正反应为吸热反应；
（3）催化剂是通过降低反应的活化能来加快化学反应速率的；
（4）根据影响化学反应速率的因素和影响平衡的因素来回答；
（5）根据盖斯定律来计算；

解答： 解：（1）已知反应物是N₂和H₂O生成物有NH₃，N₂→NH₃用氮元素化合价降低，则氧元素化合价一定升高，所以另一种产物为氧气，再根据氧化还原配平法配平方程式为：2N₂+6H₂O

催化剂  .

4NH_3⁺3O₂，故答案为：2N₂+6H₂O

催化剂  .

4NH_3⁺3O₂；
（2）图表分析温度升高，平衡状态氨气的物质的量增大，说明升温平衡正向进行，正反应为吸热反应，△H＞0；
故答案为：＞；
（3）催化剂是通过降低反应的活化能来加快化学反应速率的，所以图象为：，故答案为：；

（4）可提高其反应速率且增大NH₃生成量，增大速率，且平衡正移，根据影响化学反应速率的因素和影响平衡的因素可知，升高温度，增大反应物氮气的浓度，能提高其反应速率且平衡正移；
故答案为：升高温度，增大反应物氮气的浓度；
（5）①已知：
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g）△H=-184.6kJ/mol

1

2

N₂（g）+2H₂（g）+

1

2

Cl₂（g）═NH₄Cl（s）△H=-313.6kJ/mol；
把第一个和第二个方程除以2，反写后相加，再与第三个方程相加，则△H=

1

2

×92.4kJ/mol+

1

2

×184.6kJ/mol+（-313.6kJ/mol）=-175.1 kJ/mol，
故答案为：-175.1 kJ/mol；

点评：本题考查学生化学平衡和化学反应速率的有关知识，以及反应方向的判断，综合性较强，难度中等．