Question

4．農(nóng)業(yè)對化肥的需求是合成氨工業(yè)發(fā)展的持久推動力．
（1）氮原子最外電子層上有2種能量不同的電子，其原子核外存在2對自旋相反的電子．
（2）一定溫度、壓強下，氮氣和氫氣反應生成1mol氨氣的過程中能量變化示意圖如圖1，請寫出該反應的熱化學反應方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=2（a-b）KJ/mol．（Q的數(shù)值用含字母a、b的代數(shù)式表示）


（3）如圖2表示500℃、60.0MPa條件下，原料氣H₂和N₂的投料比與平衡時NH₃體積分數(shù)的關系．
①工業(yè)上合成氨的溫度一般控制在500℃，原因是該溫度下催化劑的活性最好．
根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N₂的平衡體積分數(shù)為14.5%．
②硫化銨晶體與晶體硅相比較，晶體硅的熔點較高，原因是它屬于原子晶體，而硫化銨屬于離子晶體．
③寫出等物質(zhì)的量濃度等體積的硫酸氫鈉與硫化銨溶液反應的離子方程式H⁺+S^2-=HS^-．

Answer 1

分析 （1）氮原子最外電子層電子排布式為2S²2P³，5個電子分布在2S，2P軌道上，共有2種能量不同的電子，氮原子核外電子排布式為1S²2S²2P³，1S軌道上有1對自旋相反的電子，2S軌道上有1對自旋相反的電子，2P軌道上3個未成對電子；
（2）根據(jù)能量變化圖，反應熱=正反應的活化能-逆反應的活化能，再根據(jù)熱化學反應方程式的書寫解答；
（3）①氨氣的合成是放熱的、體積減小的可逆反應，溫度高，可以提高反應速率，但平衡逆向移動，同時在該溫度下酶的活性最大；
根據(jù)圖1可知H₂與N₂的投料比為3，平衡時NH₃體積分數(shù)為42%，設H₂物質(zhì)的量為3amol，N₂物質(zhì)的量為amol，N₂轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x，根據(jù)平衡三部曲，利用NH₃體積分數(shù)計算出各物質(zhì)的物質(zhì)的量，從而求出平衡體積分數(shù)；
②原子晶體的熔點大于分子晶體；
③硫酸氫鈉電離產(chǎn)生氫離子，氫離子能與硫離子反應生成硫氫根離子．

解答 解：（1）氮原子最外電子層電子排布式為2S²2P³，共有2種能量不同的電子，分布在2S，2P軌道上，氮原子核外電子排布式為1S²2S²2P³，1S軌道上有1對自旋相反的電子，2S軌道上有1對自旋相反的電子，2P軌道上3個未成對電子，共有2對自旋相反的電子；
故答案為：2；2；
（2）一定溫度、壓強下，氮氣和氫氣反應生成1mol氨氣的焓變△H=E₁-E₂=aKJ/mol-bKJ/mol=（a-b）KJ/mol，所以熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=2（a-b）KJ/mol；
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=2（a-b）KJ/mol；
（3）①氨氣的合成是放熱的、體積減小的可逆反應，溫度高，可以提高反應速率，但平衡逆向移動，同時在該溫度下酶的活性最大，所以工業(yè)上合成氨的溫度一般控制在500℃，原因是該溫度下催化劑的活性最好；
根據(jù)圖1可知H₂與N₂的投料比為3，平衡時NH₃體積分數(shù)為42%，設H₂物質(zhì)的量為3amol，N₂物質(zhì)的量為amol，N₂轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x，則
             N₂+3H₂?2NH₃
起始（mol）   a    3a          0 
反應（mol）   x    3x          2x 
平衡（mol）  a-x  3a-3x        2x 
則：$\frac{2x}{a-x+3a-3x+2x}$×100%=42%，解得x=0.592a，則N₂的平衡體積分數(shù)=$\frac{a-0.592a}{4a-2×0.592a}$×100%=14.5%；
故答案為：該溫度下催化劑的活性最好；14.5%；
②硫化銨是離子晶體，晶體硅是分子晶體，而原子晶體的熔點大于分子晶體，所以晶體硅的熔點較高；
故答案為：晶體硅；它屬于原子晶體，而硫化銨屬于離子晶體；
③硫酸氫鈉電離產(chǎn)生氫離子，氫離子能與硫離子反應生成硫氫根離子，離子方程式為：H⁺+S^2-=HS^-；
故答案為：H⁺+S^2-=HS^-．

點評 本題考查較為綜合，涉及熱化學方程式書寫、核外電子排布、化學平衡計算、晶體的性質(zhì)等知識，題目難度中等，注意把握平衡三部曲的計算．