Question

【題目】哈伯法合成氨技術(shù)的相關(guān)反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=－93kJ/mol

(1)試根據(jù)表中所列鍵能數(shù)據(jù)計(jì)算a的數(shù)值為_____________。

(2)在600℃下，向2L密閉容器中充入一定量的反應(yīng)物并開始上述反應(yīng)，圖表示N2的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線。

用H2表示0~10min內(nèi)該反應(yīng)的平均速率v(H2)= _____________，若該溫度下K=0.0016L2/mol2，則在10min時(shí)c(H2)= _____________。

(3)在哈伯合成法中，平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)體系的壓強(qiáng)(P)、溫度(T)的關(guān)系如圖B。則P1_____________P2(選填¨大于”、“小于”或¨不能確定”)，其他條件相同，不同壓強(qiáng)下在剛開始反應(yīng)時(shí)反應(yīng)物活化分子濃度較大的是_____________(選填“P1”、“P2”、“P3”或“不能確定”)，在日本的合成氨工業(yè)中，選擇合成溫度為700℃的較高溫，試從化學(xué)動(dòng)力學(xué)的角度分析其理由是_____________。

(4)研究表明，合成氨的速率與相關(guān)物質(zhì)的濃度的關(guān)系為v=kc(N2)c(H2)3/2c(NH3)－1，k為速率常數(shù)。能使合成氨的速率增大的措施是_____________。

A.使用更有效的催化劑

B.總壓強(qiáng)一定，增大n(N2 )/n(H2)的值

C.升高反應(yīng)溫度

D.按照原來比值增大反應(yīng)物的濃度

E.將原容器中NH3及時(shí)分離出來

(5)如圖是利用NH3催化氧化釋放出電能的電池結(jié)構(gòu)示意圖(氧化產(chǎn)物為無污染性氣體)，放電時(shí)O2應(yīng)從_____________(填“a”或“b”)處通入，該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為_____________。

Answer 1

【答案】391 0.06mol/（Lmin） 10mol/L 大于 P1 溫度越高，反應(yīng)速率越大（或提高催化劑的催化活性） ACDE b 2NH3—6e—=N2+6H+

【解析】

（1）根據(jù)反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能求算；

（2）根據(jù)起始和平衡時(shí)氮?dú)獾臐舛扔?jì)算參加反應(yīng)的氫氣濃度和生成氨氣的濃度，根據(jù)速率和平衡常數(shù)公式計(jì)算；

（3）合成氨的反應(yīng)是一個(gè)氣體體積減小的放熱反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡右移，氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大；升高溫度，平衡左移，氨氣的體積分?jǐn)?shù)減小，但反應(yīng)速率增大；

（4）由合成氨的速率與相關(guān)物質(zhì)的濃度的關(guān)系為v=kc(N2)c(H2)3/2c(NH3)－1可知，反應(yīng)速率的大小與反應(yīng)物和生成物的濃度有關(guān)，增大c(H2)和c(N2)可增大反應(yīng)速率，減小c(NH3)也可以增大反應(yīng)速率。

（5）由電子流向可知，a電極為原電池負(fù)極，b電極為原電池正極。

（1）由反應(yīng)熱與鍵能的關(guān)系可得，△H=（反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能）945kJmol-1+436kJmol-1×3-6a=-93kJmol-1，解得a=391，故答案為：391；

（2）由圖可知，從反應(yīng)開始到平衡時(shí)氮?dú)獾淖兓�量�?.4mol，由方程式可知參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為0.4mol×3=1.2mol、氨氣的生成量為0.4mol×2=0.8mol。氫氣的反應(yīng)速率為1.2 mol/2L/10min=0.06mol/（Lmin）；平衡時(shí)，c(N2)為0.1mol/L，c(NH3)為0.4mol/L，由化學(xué)平衡常數(shù)K==0.0016，解得c(H2)=10 mol/L，故答案為：0.06mol/（Lmin）；10 mol/L；

（3）由圖可知，溫度相同時(shí)，氨氣的體積分?jǐn)?shù)由大到小的順序?yàn)镻1＞P2＞P3。該反應(yīng)是一個(gè)氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡右移，氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，則壓強(qiáng)的大小關(guān)系為P1＞P2；其他條件相同，壓強(qiáng)越大，剛開始反應(yīng)時(shí)反應(yīng)物濃度越大，活化分子濃度較大，則剛開始反應(yīng)時(shí)反應(yīng)物活化分子濃度較大的是P1；合成氨反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡左移，氨氣的體積分?jǐn)?shù)減小，但溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越大，達(dá)到平衡所需時(shí)間越小，故答案為：大于；P1；溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越大；

（4）由合成氨的速率與相關(guān)物質(zhì)的濃度的關(guān)系為v=kc(N2)c(H2)3/2c(NH3)－1可知，反應(yīng)速率的大小與反應(yīng)物和生成物的濃度有關(guān)，增大c(H2)和c(N2)或減小c(NH3）均可以增大反應(yīng)速率，。

A、使用更有效的催化劑，降低反應(yīng)活化能，增大反應(yīng)速率；

B、由合成氨的速率與相關(guān)物質(zhì)的濃度的關(guān)系可知，c(H2)對(duì)速率的影響大于c(N2)，總壓強(qiáng)一定時(shí)，增大n(N2 )/n(H2)的值相當(dāng)于減小c(H2)，減小反應(yīng)速率；

C、升高反應(yīng)溫度，活化分子數(shù)增大，增大反應(yīng)速率；

D、按照原來比值增大反應(yīng)物c(H2)和c(N2)，增大反應(yīng)速率；

E、將原容器中NH3及時(shí)分離出來，減小c(NH3)，增大反應(yīng)速率；

故能使合成氨的速率增大的措施為：ACDE；

（5）由電子流向可知，a電極為原電池負(fù)極，b電極為原電池正極，O2應(yīng)從b電極通入發(fā)生還原反應(yīng)，NH3應(yīng)從a電極通入發(fā)生氧化反應(yīng)生成N2，電極反應(yīng)式為2NH3—6e—=N2+6H+，故答案為：b；2NH3—6e—=N2+6H+。