Question

4．研究氮的固定具有重要意義．
（1）雷雨天氣中發(fā)生自然固氮后，氮元素轉(zhuǎn)化為硝酸鹽而存在于土壤中．處于研究階段的化學(xué)固氮新方法是N₂在催化劑表面與水發(fā)生如下反應(yīng)：
2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H      K  ①
已知：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H₁=-92.4kJ•mol^-1   K₁②
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₂=-571.6kJ•mol^-1   K₂③
則△H=+1530kJ•mol^-1；K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{{K}_{2}}^{3}}$（用K₁和 K₂表示）．
（2）在四個(gè)容積為2L的密閉容器中，分別充入1mol N₂、3mol H₂O，在催化劑條件下進(jìn)行反應(yīng)①3小時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：

序號(hào)	第一組	第二組	第三組	第四組
t/℃	30	40	50	80
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

下列能說(shuō)明反應(yīng)①達(dá)到平衡狀態(tài)的是bd（填字母）．
a．NH₃和O₂的物質(zhì)的量之比為4：3
b．反應(yīng)混合物中各組份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變
c．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1molN₂的同時(shí)生成2molNH₃
d．容器內(nèi)氣體密度不變
若第三組反應(yīng)3h后已達(dá)平衡，第三組N₂的轉(zhuǎn)化率為3×10^-4%；與前三組相比，第四組反應(yīng)中NH₃生成量最小的原因可能是催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢．

Answer 1

分析 （1）雷雨天氣中發(fā)生自然固氮后，N₂→NO→NO₂→NO₃^-，氮元素轉(zhuǎn)化為硝酸鹽而存在土壤中，根據(jù)蓋斯定律①=②×2-③×3，△H=-92.4kJ•mol^-1×2+3×571.6kJ•mol^-1=+1530kJ•mol^-1，K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{{K}_{2}}^{3}}$；
（2）在反應(yīng)2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）中，
a．NH₃和O₂的物質(zhì)的量之比為4：3，反應(yīng)不一定平衡；
b．反應(yīng)混合物中各組份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，反應(yīng)達(dá)到平衡；
c．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1molN₂的同時(shí)生成2molNH₃，都向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)不一定平衡；
d．容器內(nèi)氣體密度逐漸增大，當(dāng)不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡；
若第三組反應(yīng)3h后已達(dá)平衡，反應(yīng)的N₂的為$\frac{1}{2}$×6.0×10^-6mol=3.0×10^-6mol，第三組N₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{3.0×1{0}^{-6}mol}{1mol}$=3×10^-4%；
第四組溫度最高但達(dá)平衡時(shí)，氨氣的物質(zhì)的量最小，可能是催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢；

解答 解：（1）雷雨天氣中發(fā)生自然固氮后，N₂→NO→NO₂→NO₃^-，氮元素轉(zhuǎn)化為硝酸鹽而存在土壤中，根據(jù)蓋斯定律①=②×2-③×3，△H=-92.4kJ•mol^-1×2+3×571.6kJ•mol^-1=+1530kJ•mol^-1，K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{{K}_{2}}^{3}}$，
故答案為：硝酸鹽；+1530kJ•mol^-1；$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{{K}_{2}}^{3}}$；
（2）在反應(yīng)2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）中，
a．NH₃和O₂的物質(zhì)的量之比為4：3，反應(yīng)不一定平衡；
b．反應(yīng)混合物中各組份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，反應(yīng)達(dá)到平衡；
c．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1molN₂的同時(shí)生成2molNH₃，都向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)不一定平衡；
d．容器內(nèi)氣體密度逐漸增大，當(dāng)不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡；
若第三組反應(yīng)3h后已達(dá)平衡，反應(yīng)的N₂的為$\frac{1}{2}$×6.0×10^-6mol=3.0×10^-6mol，第三組N₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{3.0×1{0}^{-6}mol}{1mol}$=3×10^-4%；
第四組溫度最高但達(dá)平衡時(shí)，氨氣的物質(zhì)的量最小，可能是催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢，
故答案為：bd；3×10^-4%；催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢；

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律，電極反應(yīng)式的書寫，轉(zhuǎn)化率，平衡狀態(tài)，離子濃度大小比較，利用三段式法來(lái)分析解答即可，難度中等．