Question

【题目】合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，解决了亿万人口生存问题。

回答下列问题：

（1）科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。

由图可知合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H=___kJmol-1。该历程中速率最快的一步的活化能（E）为__kJmol-1。

（2）工业合成氨反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，当进料体积比V(N2)∶V(H2)=1∶3时，平衡气体中NH3的物质的量分数随温度和压强变化的关系如图所示：

①500℃时，反应的平衡常数Kp(100MPa)__Kp(30MPa)。（填“＜”、“＝”、“＞”）

②500℃、30MPa时，氢气的平衡转化率为__（保留3位有效数字），Kp=__(MPa)-2（列出计算式）。

[Kp为平衡分压代替平衡浓度计算求得的平衡常数（分压=总压×物质的量分数）]

（3）科学家利用电解法在常温常压下合成氨，工作时阴极区的微观示意图如图，其中电解液为溶解有三氟甲磺酸锂和乙醇的惰性有机溶剂。

①阴极区生成NH3的电极反应式为___。

②下列说法正确的是__（填标号）。

A.该装置用金(Au)作催化剂，目的是降低N2的键能

B.三氟甲磺酸锂的作用是增强导电性

C.选择性透过膜可允许N2和NH3通过，防止H2O进入装置

Answer 1

【答案】-92 17 = 33.3% N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O- BC

【解析】

（1）利用盖斯定律，起点为氮气和氢气，终点为氨气，计算反应焓变；

（2）根据平衡常数定律和公式进行计算；

（3）从图上观察，阴极区氮气与乙醇反应生成氨气和C2H5O-。

（1）由图可知，合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H=生成物总能量-反应物总能量=kJmol-1。该历程中速率最快的反应，即吸热最少的反应，活化能（E）为17kJmol-1。

（2）①由平衡常数定义可知，500℃时，温度恒定，相同可逆反应，反应的平衡常数不变，Kp(100MPa) ＝Kp(30MPa)。

②500℃、30MPa时，氨气的物质的量分数为20%，在恒温恒压时，物质的量之比与体积之比相同，即进料体积比V(N2)∶V(H2)=1∶3，可假设N2加入了1mol，H2加入了3mol，平衡转化了xmol氮气：

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

反应前 1 3 0

变化量 x 3x 2x

平衡时 1-x 3-3x 2x

氨气的物质的量分数==20%。即x=mol，氢气的平衡转化率为=33.3%；平衡时，氮气和氨气的物质的量一致，即物质的量分数均为20%，氢气为60%，Kp== (MPa)-2。

（3）①根据电解池原理，氮气与乙醇得电子生成氨气，阴极区生成NH3的电极反应式为N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-。

②A.该装置用金(Au)作催化剂，目的是降低反应活化能，不能降低N2的键能，A错误；

B.从阴极反应看，三氟甲磺酸锂并未参加反应，作用是增强导电性，B正确；

C.从图中可知，选择性透过膜可允许N2和NH3通过，防止H2O进入装置，C正确；

答案为BC。