Question

【题目】氮的固定对人类的生存发展具有重要意义，科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。

（1）豆科植物的根瘤菌含有一种固氮酶，能在常温下将空气中的氮气转化为自身生长所需的含氮化合物，下列说法错误的是____(填标号)。

a．固氮酶是一种蛋白质

b．固氮酶能降低固氮反应发生所需的能量

c．固氮酶能使固氮反应的平衡正向移动

d．固氮酶能加快固氮反应的速率

（2）合成氨是目前最重要的固氮方法。下图为合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下，初始时氮气、氢气的体积之比为1∶3时，平衡混合物中氨的体积分数的变化曲线。

①A、B两平衡状态相比较，前者较大的是____(填标号)。

a．平衡常数

b．平衡混合物的平均摩尔质量

c．氢气的转化率

d．从反应开始至达到平衡状态所需要的时间

②图中p1、p2、p3由大到小的顺序为____。

③在250 ℃、p2下，H2的转化率为____%(结果保留小数点后一位)。

（3）据报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3和一种单质。已知：

①H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH1＝－285.6 kJ/mol

②N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH2＝－92.2 kJ/mol

写出此条件下氮气和水反应的热化学方程式：___。

（4）下图为一种常温常压下水溶液中电化学合成氨的实验装置示意图。请据此写出其正极反应的电极反应式：__。

Answer 1

【答案】 c ad p1>p2>p3 66.7 2N2(g)＋6H2O(l)===4NH3(g)＋3O2(g) ΔH＝＋1529.2kJ/mol_ N2＋6e－＋6H2O=2NH3＋6OH－(或N2＋6e-＋6H＋=2NH3)

【解析】(1)a．酶都属于蛋白质，所以固氮酶是一种蛋白质，故a正确；b．固氮酶起到了催化剂的作用，所以固氮酶能降低固氮反应发生所需的能量，使反应在常温下就可以进行，故b正确；c．催化剂只能改变反应速率，不能影响化学平衡，所以固氮酶不能使固氮反应的平衡正向移动，故c错误；d．催化剂能够加快反应速率，所以固氮酶能加快固氮反应的速率，故d正确；故答案为：c；

(2)①a．平衡常数只受温度影响，根据图像可知，A点的温度小于B，合成氨的反应为放热反应，温度升高，平衡向着逆向移动，平衡常数减小，所以A的平衡常数大于B，故A正确；b．A、B都处于平衡状态时，氨气的体积分数相等，则氮气和氢气的体积分数也相等，则混合气体的平均摩尔质量：A=B，故B错误；c．氢气的转化率：由于A、B达到平衡状态时各组分的含量完全相同，所以氢气的转化率：A=B，故c错误；d．B的压强、温度都大于A，则B的反应速率大于A，所以B优先达到平衡状态，即从反应开始至达平衡状态所需要的时间：A＞B，故d正确；故答案为：ad；

②相同温度下，压强增大，平衡正向移动，氨气的体积分数增大，氨气的体积分数关系为：p1＞p2＞p3，则压强大小为：p1＞p2＞p3，故答案为：p1＞p2＞p3，

③在250℃、1.0×104kPa下，初始时氮气、氢气的体积比为1：3，氨气的体积分数为50%，设氮气的转化率为x，则

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

开始 1 3 0

转化 x 3x 2x

平衡 1-x 3-3x 2x

所以=50%，解得x=，则氢气的转化率为： ×100%≈66.7%，故答案为：66.7；

(3)①H2(g)+ O2(g)═H2O(1)△Hl═-285.6kJ/mol②N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H2═-92.2kJ/mol，

氮气与水反应的化学方程式为：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)，

根据盖斯定律，②×2-①×6可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=2△H2-6△Hl═+1529.2kJ/mol，故答案为：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=+1529.2kJ/mol；

(4)根据图示可知，正极上氮气得到电子发生还原反应生成氨气，电极反应式为：N2+6e-+6H2O=2NH3+6OH-，故答案为：N2+6e-+6H2O=2NH3+6OH-。