Question

氨是氮循環(huán)過程中的重要物質(zhì)，氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法．
（1）根據(jù)下圖提供的信息，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ?mol^-1

，如圖的曲線中

b

（填“a”或“b”）表示加入
鐵觸媒（催化劑）的能量變化曲線．

（2）在恒容容器中，下列描述中能說明上述反應(yīng)已達平衡的是

BD

．
A．3υ（H₂）_正=2υ（NH₃）_逆
B．單位時間內(nèi)生成n mol N₂的同時生成2n molNH₃
C．容器內(nèi)氣體的密度不隨時間的變化而變化
D．容器內(nèi)壓強不隨時間的變化而變化
（3）500℃、50MPa時，在容積為1L的容器中加入1mol N₂、3mol H₂，反應(yīng)達平衡后測得平衡常數(shù)為K，此時N₂的轉(zhuǎn)化率為a．則K和a的關(guān)系是K=

4a2

27(1-a)4

．
（4）為了尋找合成NH₃的適宜條件，某同學(xué)設(shè)計了三組實驗（如下表），請在下表空格處填入相應(yīng)的實驗條件及數(shù)據(jù)．

實驗編號	T（℃）	n （N2）/n（H2）	P（MPa）
ⅰ	450	1/3	1
ⅱ		1/3	10
ⅲ	480		10

實驗編號	T（℃）	n （N2）/n（H2）	P（MPa）
ⅰ	450	1/3	1
ⅱ		1/3	10
ⅲ	480		10

（5）1998年希臘亞里斯多德大學(xué)的兩位科學(xué)家采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺），實現(xiàn)了高溫常壓下高轉(zhuǎn)化率的電解合成氨．其實驗裝置如圖．陰極的電極反應(yīng)式為

N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)圖1計算出反應(yīng)熱，寫出熱化學(xué)方程式．注意物質(zhì)狀態(tài)，反應(yīng)熱符號等；催化劑能降低反應(yīng)的活化能；
（2）根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)判斷；只要滿足正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，即可判斷；
（3）根據(jù)“三行式”來進行計算得出結(jié)論；
（4），ⅱ應(yīng)只改變壓強，ⅲ應(yīng)只改變溫度；
（5）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氮氣在陰極上放電，與氫離子結(jié)合生成氨氣．

解答：解：（1）由圖1可知，1molN₂（g）與3molH₂（g）完全反應(yīng)生成2molNH₃（g）的反應(yīng)熱為508kJ/mol-600kJ/mol=-92kJ/mol，
所以合成氨的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-92kJ/mol，催化劑能降低反應(yīng)的活化能，b活化能較低，故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92 kJ?mol^-1；b；
（2）A．3υ（H₂）_正=2υ（NH₃）_逆說明：v （NH₃）_逆：v （H₂）_正═3：2不等于對應(yīng)化學(xué)計量數(shù)之比，即正反應(yīng)速率不等于逆反應(yīng)速率，故A錯誤； B．單位時間內(nèi)生成n mol N₂的同時生成2n molNH₃說明正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，故B正確；
C．體積不變，氣體的質(zhì)量不變，密度也會不變，用密度不變無法區(qū)分非平衡狀態(tài)和平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）是反應(yīng)前后氣體的總物質(zhì)的量不相等的反應(yīng)，當(dāng)體積固定時，根據(jù)阿伏伽德羅定律可知，溫度、體積相同時，氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強之比，容器內(nèi)氣壓不隨時間變化，說明氣體的總物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，即說明可逆反應(yīng)達到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故D正確．
故選B D；
（3）根據(jù)題意：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
初始物質(zhì)的量濃度：1         3        0
變化物質(zhì)的量濃度：a         3a        2a        
平衡物質(zhì)的量濃度：1-a      3-3a       2a
則平衡常數(shù)為K=

[NH3]2

[N2][H2]3

=

(2a )2

(1-a)(3-3a)3

=

4a2

27(1-a)4

，故答案為：

4a2

27(1-a)4

；
（4）該實驗為了尋找合成NH₃的適宜條件，ⅱ應(yīng)只改變壓強，ⅲ應(yīng)只改變溫度，所以應(yīng)填入的數(shù)據(jù)為：450；

1

3

，故答案為：450；

1

3

；
（5）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氮氣在陰極上放電，與氫離子結(jié)合生成氨氣，電極反應(yīng)式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．

點評：本題考查了化學(xué)平衡的計算，速率、平衡常數(shù)的計算，平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)和方法，影響平衡的因素分析，題目綜合性強，較難．