Question

(14分)科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂(混有少量Fe₂O₃的TiO₂)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH₃。进一步研究NH₃生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、N₂压强1.0×10⁵ Pa、反应时间3 h)：

T／K	303	313	323	353
NH3生成量/(10-6mol)	4.8	5.9	6.0	2.0

相应的热化学方程式如下：N₂(g)+3H₂O(1)==2NH₃(g)+O₂(g) △H＝+765.2 kJ/mol  (I)
请回答下列问题：
(1)请在方框内的坐标系中，画出反应(I)在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。

(2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH₃日生成量的建议：                        。
(3)写出工业上用H₂和N₂直接合成NH₃的化学方程式                       ，设在2.0 L的密闭容器中充入0.60mol N₂(g)和1.60mol H₂(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH₃的物质的量分数(NH₃的物质的量与反应体系中总物质的量之比)为4/7。计算该条件下N₂的平衡转化率为          ；反应的平衡常数K＝           (不要求写单位)。

Answer 1

（1）（2）研制新型、高效催化剂
（3）N₂（g）+3H₂（g）） 2NH₃（g）；66.7%；200

试题分析：（1）催化剂是通过降低反应的活化能来加快化学反应速率的，使用催化剂后，活化能降低，故图像为；
（2）根据影响反应速率的因素：温度、浓度、压强、催化剂等外界因素，结合目前广泛使用的工业合成氨方法，可以采用增大压强的方法，此外还可以寻找高效的催化剂。
（3）H₂和N₂直接合成NH₃的化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）） 2NH₃（g）。设平衡时有x molN₂转化，则
N₂（g）+3H₂（g）） 2NH₃（g）
起始量（mol）  0.6        1.6                   0
变化量（mol）  x           3x                   2x
平衡量（mol）（0.6-x）（1.6-3x）      2x mol
则有： 
解得：x＝0.4（mol）
因此N₂的平衡转化率： ×100%＝66.7%
②由①可知，N₂、H₂、NH₃平衡时的物质的量分别为：0.2mol、0.4mol、0.8mol，在2.0L容器中浓度分别为：0.1mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L，则该温度下平衡常数K= ＝200。