Question

科學家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實驗報道：在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發(fā)生反應，生成的主要產(chǎn)物為NH₃。進一步研究NH₃生成量與溫度的關系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表（光照、N₂壓力1.0×10⁵ Pa、反應時間3 h）：

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/(10-6 mol)	4.8	5.9	6.0	2.0

相應的熱化學方程式如下：

N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g)  ΔH=+765.2 kJ·mol^-1

回答下列問題：

（1）請在答題卡的坐標圖中，畫出上述反應在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應過程中體系能量變化示意圖，并進行必要標注。

（2）與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應速率慢。請?zhí)岢隹商岣咂浞磻�速率且增大NH₃生成量的建議：_______________________________。

（3）工業(yè)合成氨的反應為N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）。設在容積為2.0 L的密閉容器中充入0.60 mol N₂（g）和1.60 mol H₂（g），反應在一定條件下達到平衡時，NH₃的物質(zhì)的量分數(shù)（NH₃的物質(zhì)的量與反應體系中總的物質(zhì)的量之比）為。計算

①該條件下N₂的平衡轉化率；

②該條件下反應2NH₃（g）N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)。

Answer 1

（1）畫圖略,要點：

①催化劑可降低反應的活化能，但對各反應前后能量變化并不產(chǎn)生任何影響。

②該反應為吸熱反應，所以反應物的總能量要低于生成物的總能量。

（2）升高溫度，增大反應物N₂的濃度，不斷移出生成物脫離反應體系

（3）①該條件下N₂的平衡轉化率：66.7%；

②該條件下反應2NH₃（g）N₂(g)+3H₂(g)的平衡常數(shù)為0.005。

解析：（2）該反應正反應是吸熱反應，升高溫度，使化學平衡向正反應方向移動，從而增大NH₃生成量，升高溫度也能提高反應速率；增大反應物N₂濃度，加快反應速率，并使化學平衡向右移動，不斷移出生成物脫離反應體系，使平衡向右移動，增大NH₃生成量。

（3）由三行式法計算可知，起始時，c(N₂)=0.3 mol·L^-1，平衡時，c（N₂）=0.1 mol·L^-1；c（H₂）=0.2 mol·L^-1；c（NH₃）=0.4 mol·L^-1。

①所以N₂的平衡轉化率=（0.3-0.1）mol/0.3 mol×100%=66.7%；

②反應2NH₃(g)N₂(g)+3H₂(g)的平衡常數(shù)K=c（N₂）×c³(H₂)/c²(NH₃)=0.005。