Question

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和另一种常见气体．进一步研究NH₃生成量与温度的关系（其它条件均相同），部分实验数据见下表：

T/K	303	313	323
平衡时NH3的生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0

回答下列问题：
（1）写出该反应的化学方程式

2N₂+6H₂O

催化剂  .

4NH_3⁺3O₂

（2）请在答题纸的坐标图中画出上述反应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

．
（3）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生成量的建议：

升高温度，增大反应物N₂的浓度

．
（4）已知：
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g）△H=-184.6kJ/mol

1

2

N₂（g）+2H₂（g）+

1

2

Cl₂（g）═NH₄Cl（s）△H=-313.6kJ/mol
①计算NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）的反应焓变：△H=

-175.1 kJ/mol

②室温下NH₃就和HCl能发生化合反应生成NH₄Cl；而在加热的条件下，NH₄Cl则能分解为NH₃和HCl．请用所学的化学原理解释这一现象：

NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）是一个焓减、熵减的反应，在低温下自发，在高温（加热条件）下不自发．而其逆反应NH₄Cl的分解则在高温下自发

．

Answer 1

分析：（1）根据已知反应物和生成物分析出另一种产物，再利用氧化还原配平法配平；
（2）催化剂是通过降低反应的活化能来加快化学反应速率的；
（3）根据影响化学反应速率的因素和影响平衡的因素来回答；
（4）①根据盖斯定律来计算；
②根据自发反应的判断方法分析．

解答：解：（1）已知反应物是N₂和H₂O生成物有NH₃，N₂→NH₃用氮元素化合价降低，则氧元素化合价一定升高，所以另一种产物为氧气，再根据氧化还原配平法配平方程式为：2N₂+6H₂O

催化剂  .

4NH_3⁺3O₂，故答案为：2N₂+6H₂O

催化剂  .

4NH_3⁺3O₂；
（2）催化剂是通过降低反应的活化能来加快化学反应速率的，所以图象为：，故答案为：；

（4）可提高其反应速率且增大NH₃生成量，增大速率，且平衡正移，根据影响化学反应速率的因素和影响平衡的因素可知，升高温度，增大反应物氮气的浓度，能提高其反应速率且平衡正移，故答案为：升高温度，增大反应物氮气的浓度；
（5）①已知：
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g）△H=-184.6kJ/mol

1

2

N₂（g）+2H₂（g）+

1

2

Cl₂（g）═NH₄Cl（s）△H=-313.6kJ/mol；
把第一个和第二个方程除以2，反写后相加，再与第三个方程相加，则△H=

1

2

×92.4kJ/mol+

1

2

×184.6kJ/mol+（-313.6kJ/mol）=-175.1 kJ/mol，
故答案为：-175.1 kJ/mol；
②根据反应能否自发进行的综合判据：△G=△H-T△S判断，NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）是一个焓减、熵减的反应，所以在低温下能自发，在高温（加热条件）下不自发，而其逆反应NH₄Cl的分解则在高温下自发，
故答案为：NH₃（g）+HCl（g）═NH₄Cl（s）是一个焓减、熵减的反应，在低温下自发，在高温（加热条件）下不自发．而其逆反应NH₄Cl的分解则在高温下自发．

点评：本题考查学生化学平衡和化学反应速率的有关知识，以及反应方向的判断，综合性较强，难度较大．