Question

【題目】合成氨技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑�；卮鹣铝袉�(wèn)題：

（1）德國(guó)化學(xué)家F.Haber從1902年開始研究N2和H2直接合成NH3。在1.01×105Pa、250℃時(shí)，將1 molN2和1 molH2加入aL剛性容器中充分反應(yīng)，測(cè)得NH3體積分?jǐn)?shù)為0.04；其他條件不變，溫度升高至450℃，測(cè)得NH3體積分?jǐn)?shù)為0.025，則可判斷合成氨反應(yīng)為 ____填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)。

（2）在1.01×105Pa、250℃時(shí)，將2 moIN2和2 molH2加入aL密閉容器中充分反應(yīng)，H2平衡轉(zhuǎn)化率可能為 ___（填標(biāo)號(hào)）。

A =4% B <4% C 4%～7% D >11.5%

（3）我國(guó)科學(xué)家結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究了在鐵摻雜W18049納米反應(yīng)器催化劑表面上實(shí)現(xiàn)常溫低電位合成氨，獲得較高的氨產(chǎn)量和法拉第效率。反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用*標(biāo)注。

需要吸收能量最大的能壘（活化能）E=____ev，該步驟的化學(xué)方程式為____，若通入H2體積分?jǐn)?shù)過(guò)大，可能造成 ___。

（4）T℃時(shí)，在恒溫恒容的密閉條件下發(fā)生反應(yīng)：反應(yīng)過(guò)程中各物質(zhì)濃度的變化曲線如圖所示：

①表示N2濃度變化的曲線是 ____（填“A”、“B”或“C’，）。與（1）中的實(shí)驗(yàn)條件（1.01×105Pa、450℃）相比，改變的條件可能是_____。

②在0～25min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率為____。在該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)為 ___mol-2．L2（保留兩位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】放熱 D 1.54 NH3*+NH3=2NH3 占據(jù)催化劑活性位點(diǎn)過(guò)多 B 加壓強(qiáng)或降溫 0.006mol·L-1·min-1 0.73

【解析】

（1）升高溫度，NH3體積分?jǐn)?shù)降低；

（2）在1.01×105Pa、250℃時(shí)，將2 moIN2和2 molH2加入aL密閉容器中充分反應(yīng)，與在1.01×105Pa、250℃時(shí)，將1 moIN2和1 molH2加入aL密閉容器中充分反應(yīng)比，相當(dāng)于加壓；

（3）吸收能量最大的能壘，即相對(duì)能量的差最大；根據(jù)圖示寫方程式；

（4）根據(jù)反應(yīng)方程式，N2、H2、NH3的變化量比為1:3:2；圖氫氣的轉(zhuǎn)化率為25%，（1）中氫氣的轉(zhuǎn)化率是11.5%，根據(jù)轉(zhuǎn)化率的變化分析；

②A表示氫氣的濃度變化，根據(jù) 計(jì)算H2的平均反應(yīng)速率；根據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)；

（1）升高溫度，NH3體積分?jǐn)?shù)降低，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱；

（2）在1.01×105Pa、250℃時(shí)，將1 molN2和1 molH2加入aL剛性容器中充分反應(yīng)，測(cè)得NH3體積分?jǐn)?shù)為0.04；

，x=0.0384，H2平衡轉(zhuǎn)化率，在1.01×105Pa、250℃時(shí)，將2 moIN2和2 molH2，相當(dāng)于加壓，平衡正向移動(dòng)，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，H2平衡轉(zhuǎn)化率>11.5%，故選D；

（3）根據(jù)圖示，吸收能量最大的能壘，即相對(duì)能量的差最大是-1.02-(-2.56)=1.54；根據(jù)圖示，該步的方程式是NH3*+NH3=2NH3；若通入H2體積分?jǐn)?shù)過(guò)大，氫分子占據(jù)催化劑活性位點(diǎn)過(guò)多；

（4）①根據(jù)反應(yīng)方程式，N2、H2、NH3的變化量比為1:3:2，所以表示N2濃度變化的曲線是B；(1)中氫氣轉(zhuǎn)化率11.5%，1:3時(shí)氫氣轉(zhuǎn)化率更低，圖中氫氣轉(zhuǎn)化率25%，故只能考慮壓強(qiáng)、溫度的影響，可以采用加壓或降溫的方法；

②A表示氫氣的濃度變化， 0.006mol·L-1·min-1； mol-2．L2。