Question

氨是氮循环过程中的重要物质，氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法．
（1）根据下图提供的信息，写出该反应的热化学方程式

N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ?mol^-1

，如图的曲线中

b

（填“a”或“b”）表示加入
铁触媒（催化剂）的能量变化曲线．

（2）在恒容容器中，下列描述中能说明上述反应已达平衡的是

BD

．
A．3υ（H₂）_正=2υ（NH₃）_逆
B．单位时间内生成n mol N₂的同时生成2n molNH₃
C．容器内气体的密度不随时间的变化而变化
D．容器内压强不随时间的变化而变化
（3）500℃、50MPa时，在容积为1L的容器中加入1mol N₂、3mol H₂，反应达平衡后测得平衡常数为K，此时N₂的转化率为a．则K和a的关系是K=

4a2

27(1-a)4

．
（4）为了寻找合成NH₃的适宜条件，某同学设计了三组实验（如下表），请在下表空格处填入相应的实验条件及数据．

实验编号	T（℃）	n （N2）/n（H2）	P（MPa）
ⅰ	450	1/3	1
ⅱ		1/3	10
ⅲ	480		10

实验编号	T（℃）	n （N2）/n（H2）	P（MPa）
ⅰ	450	1/3	1
ⅱ		1/3	10
ⅲ	480		10

（5）1998年希腊亚里斯多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺），实现了高温常压下高转化率的电解合成氨．其实验装置如图．阴极的电极反应式为

N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃

．

Answer 1

分析：（1）根据图1计算出反应热，写出热化学方程式．注意物质状态，反应热符号等；催化剂能降低反应的活化能；
（2）根据平衡状态的判断依据判断；只要满足正反应速率等于逆反应速率，即可判断；
（3）根据“三行式”来进行计算得出结论；
（4），ⅱ应只改变压强，ⅲ应只改变温度；
（5）阴极发生还原反应，氮气在阴极上放电，与氢离子结合生成氨气．

解答：解：（1）由图1可知，1molN₂（g）与3molH₂（g）完全反应生成2molNH₃（g）的反应热为508kJ/mol-600kJ/mol=-92kJ/mol，
所以合成氨的热化学反应方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-92kJ/mol，催化剂能降低反应的活化能，b活化能较低，故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92 kJ?mol^-1；b；
（2）A．3υ（H₂）_正=2υ（NH₃）_逆说明：v （NH₃）_逆：v （H₂）_正═3：2不等于对应化学计量数之比，即正反应速率不等于逆反应速率，故A错误； B．单位时间内生成n mol N₂的同时生成2n molNH₃说明正反应速率等于逆反应速率，故B正确；
C．体积不变，气体的质量不变，密度也会不变，用密度不变无法区分非平衡状态和平衡状态，故C错误；
D．反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）是反应前后气体的总物质的量不相等的反应，当体积固定时，根据阿伏伽德罗定律可知，温度、体积相同时，气体的物质的量之比等于压强之比，容器内气压不随时间变化，说明气体的总物质的量不再发生变化，即说明可逆反应达到了化学平衡状态，故D正确．
故选B D；
（3）根据题意：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
初始物质的量浓度：1         3        0
变化物质的量浓度：a         3a        2a        
平衡物质的量浓度：1-a      3-3a       2a
则平衡常数为K=

[NH3]2

[N2][H2]3

=

(2a )2

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

=

4a2

27(1-a)4

，故答案为：

4a2

27(1-a)4

；
（4）该实验为了寻找合成NH₃的适宜条件，ⅱ应只改变压强，ⅲ应只改变温度，所以应填入的数据为：450；

1

3

，故答案为：450；

1

3

；
（5）阴极发生还原反应，氮气在阴极上放电，与氢离子结合生成氨气，电极反应式为N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．

点评：本题考查了化学平衡的计算，速率、平衡常数的计算，平衡状态的判断依据和方法，影响平衡的因素分析，题目综合性强，较难．