Question

【題目】科學(xué)家一直致力于“人工固氮”的研究，現(xiàn)已有多種方法。

（方法一）

1918年，德國化學(xué)家哈伯因發(fā)明工業(yè)合成氨的方法而榮獲諾貝爾化學(xué)獎。

(1)若將1 mol N2和3 mol H2放入1L的密閉容器中，5min后N2的濃度為0.8mol/L，這段時間內(nèi)用N2的濃度變化表示的反應(yīng)速率為________mol／(L·min)。

(2)在一定溫度下的定容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列敘述能說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________________。

a. υ(N2)正=3υ(H2)逆

b. 容器中氣體的密度不隨時間而變化

c. 容器中氣體的分子總數(shù)不隨時間而變化

d. 容器中氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化

(3)若1 mol N2完全轉(zhuǎn)化為NH3的反應(yīng)熱為H=－92 kJ/mol，拆開1 mol H—H鍵和1 mol NN 鍵需要的能量分別是436 kJ和946 kJ，則拆開1 mol N—H鍵需要的能量是__________kJ。

(4)合成氨反應(yīng)的生產(chǎn)條件選擇中，能用勒夏特列原理解釋的是________________。

①使用催化劑 ②高溫 ③高壓 ④及時將氨氣液化從體系中分離出來

A. ①③ B. ②③ C. ③④ D. ②④

（方法二）

1998年，兩位希臘化學(xué)家提出了電解合成氨的新思路：

采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷(能傳遞H+)為介質(zhì)，實現(xiàn)了高溫(570℃)常壓下高轉(zhuǎn)化率的電解法合成氨，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到78％，裝置如下圖：

鈀電極A是電解池的________極(填“陽”或“陰”)，陽極反應(yīng)式為__________________。

（方法三）

最新的“人工固氮”研究報道：在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑表面與水發(fā)生反應(yīng)，直接生成氨氣和氧氣：

已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=－92 kJ／mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) H=－571.6 kJ／mol

寫出上述固氮反應(yīng)的熱化學(xué)方程式________________________________。

Answer 1

【答案】0.04 c d 391 C 陰 H2－2e－=2H+ 2N2(g)+6H2O(I)=4NH3(g)+3O2(g) H=+1530.8 kJ／mol

【解析】

本題考查的是速率的計算、平衡標(biāo)志、鍵能的計算、平衡移動、電極式書寫、蓋斯定律。

方法一：（1）將1 mol N2和3 mol H2放入1L的密閉容器中，則c(N2)= ，c(H2)= ，5min后N2的濃度為0.8mol/L，則，則υ(N2)；

（2）a.若用不同的物質(zhì)表示反應(yīng)速率，應(yīng)一種物質(zhì)用正反應(yīng)速率表示，一種物質(zhì)用逆反應(yīng)速率表示，且速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則應(yīng)3υ(N2)正=υ(H2)逆，可以證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯誤；

b.ρ=m/V，氣體質(zhì)量和總體積都不隨時間而變化，密度不隨時間而變化不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯誤；

c.氮氣和氫氣生成氨氣的反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體總物質(zhì)的量變化的反應(yīng)，即反應(yīng)前后氣體的分子總數(shù)變化的反應(yīng)，當(dāng)氣體的分子總數(shù)不變時，可以證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；

d.M=m/n，氣體質(zhì)量不變，氣體總物質(zhì)的量隨時間而變化，當(dāng)平均相對分子質(zhì)量不變時，則可以證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；

（3）設(shè)拆開1mol N-H鍵需要的能量是x，由△H=反應(yīng)物鍵能和-生成物鍵能和，得-92kJ=436kJ×3+946kJ-6x，解得：x=391kJ；

（4）①使用催化劑，不會引起化學(xué)平衡的移動，不能用勒夏特列原理解釋，故①不符合題意。

②高溫，不利于氨氣的合成，但是可以提高催化劑的催化活性，不能用勒夏特列原理解釋，故②不符合題意。

③增大壓強，化學(xué)平衡會正向移動，有利于氨氣的合成，能用勒夏特列原理解釋，故④符合題意。

④將生成的氨液化并及時從體系中分離出來，未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)到合成塔中，都會使得化學(xué)平衡正向移動，有利于氨的合成，能用勒夏特列原理解釋，故④符合題意；

方法二：根據(jù)圖示信息，陽離子移向陰極，可知鈀電極A是陰極，陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，即H2-2e-=2H+；

方法三：已知：①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=92kJmol1，

②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=571.6kJmol1，

根據(jù)蓋斯定律①×2②×3可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=(92kJmol1)×2(571.6kJmol1)×3=+1530.8kJmol1。據(jù)此解答。

方法一：（1）將1 mol N2和3 mol H2放入1L的密閉容器中，則c(N2)= ，c(H2)= ，5min后N2的濃度為0.8mol/L，則，則υ(N2)；本小題答案為：0.04。

（2）a.若用不同的物質(zhì)表示反應(yīng)速率，應(yīng)一種物質(zhì)用正反應(yīng)速率表示，一種物質(zhì)用逆反應(yīng)速率表示，且速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則應(yīng)3υ(N2)正=υ(H2)逆，可以證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯誤；

b.ρ=m/V，氣體質(zhì)量和總體積都不隨時間而變化，密度不隨時間而變化不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯誤；

c.氮氣和氫氣生成氨氣的反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體總物質(zhì)的量變化的反應(yīng)，即反應(yīng)前后氣體的分子總數(shù)變化的反應(yīng)，當(dāng)氣體的分子總數(shù)不變時，可以證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；

d.M=m/n，氣體質(zhì)量不變，氣體總物質(zhì)的量隨時間而變化，當(dāng)平均相對分子質(zhì)量不變時，則可以證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；故選：cd。

（3）設(shè)拆開1mol N-H鍵需要的能量是x，由△H=反應(yīng)物鍵能和-生成物鍵能和，得-92kJ=436kJ×3+946kJ-6x，解得：x=391kJ；本小題答案為：391。

（4）①使用催化劑，不會引起化學(xué)平衡的移動，不能用勒夏特列原理解釋，故①不符合題意。

②高溫，不利于氨氣的合成，但是可以提高催化劑的催化活性，不能用勒夏特列原理解釋，故②不符合題意。

③增大壓強，化學(xué)平衡會正向移動，有利于氨氣的合成，能用勒夏特列原理解釋，故④符合題意。

④將生成的氨液化并及時從體系中分離出來，未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)到合塔中，都會使得化學(xué)平衡正向移動，有利于氨的合成，能用勒夏特列原理解釋，故④符合題意；答案選C。

方法二：根據(jù)圖示信息，陽離子移向陰極，可知鈀電極A是陰極，陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，即H2-2e-=2H+。故本小題答案為：陰；H2－2e－=2H+。

方法三：已知：①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=92kJmol1，

②2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=571.6kJmol1，

根據(jù)蓋斯定律①×2②×3可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=(92kJmol1)×2(571.6kJmol1)×3=+1530.8kJmol1。本小題答案為：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) H=+1530.8 kJ／mol。