Question

（2010?宝鸡三模）合成氨对化学工业和国防工业具有重要意义，寻找方便廉价的合成氨方法自然成为化学科技工作者的研究方向．
请回答下列有关合成氨反应的有关问题：
（1）在一定温度和催化剂下，将3.2mol H₂和1.2molN₂混合于一个容积为2L的密闭容器中发生反应，在2min末时反应恰好达平衡，此时生成了0.8mol NH₃．则在2min内以H₂表示的反应速率为

0.3mol/（L?min）

；N₂此时的转化率为

33.3%

，该条件下的平衡常数为

0.4mol^-2?L²

．
（2）在（1）中平衡时，若要想通过改变反应条件使平衡向正反应方向移动且平衡常数不变，可改变的反应条件为

增大压强（或增大反应物的浓度，或将氨气从混合体系中分离出去）

（任填一种）．
（3）若已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=180.5kJ/mol
4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）；△H=一905kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）；△H=-483.6kJ/mol
请写出合成氨反应的热化学方程式

N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol

．
（4）Marnellos和Stoukides发明了电化学制备氨气的方法，该方法用SCY陶瓷将负极和正极隔开，SCY陶瓷具有高质子导电性，其作用是传递H⁺，这种方法实现了高温常压下高转化率的电化学合成氨．已知负极的电极反应为H₂一2e^-═2H⁺，则正极发生的电极反应为

N₂+6H⁺+6e^-═2NH₃

．

Answer 1

分析：（1）利用三段式解题法，求各组分平衡时的物质的量、转化的物质的量，代入v（H₂）=

△c(H2)

△t

，α（N₂）=

△n(N2)

n(N2)开始

×100%，平衡常数k=

[c(NH3)]2

c(N2)?[c(H2)]3

计算；
（2）平衡常数不变，不改变温度，根据其它影响因素解答；
（3）根据盖斯定律，利用热化学方程式乘以适当数值相叠加，构造出目标热化学方程式；
（4）总反应式减去负极电极反应式，即为正极电极反应式．

解答：解：（1）利用三段式解题法，求各组分平衡时的物质的量、转化的物质的量．
2min末时反应恰好达平衡，此时生成了0.8mol NH₃．
                N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）；
开始（mol）：1.2     3.2                  0
变化（mol）：0.4     1.2                  0.8
平衡（mol）：0.8     2                    0.8
所以v（H₂）=

△c(H2)

△t

=

△n(H2) V

△t

=

1.2mol 2L

2min

=0.3mol/（L?min），
α（N₂）=

△n(N2)

n(N2)开始

×100%=

0.4mol

1.2mol

×100%=33.3%，
平衡常数k=

[c(NH3)]2

c(N2)?[c(H2)]3

=

[ 0.8mol 2L ]2

0.8mol 2L ×[ 2mol 2L ]3

=0.4mol^-2?L²．
故答案为：0.3mol/（L?min）；33.3%；0.4mol^-2?L²；
（2）平衡常数不变，不改变温度．增大反应物浓度或降低生成物的浓度，平衡向正反应移动．故可以增大反应物的浓度，或将氨气从混合体系中分离出去．反应前后气体体积减小，可以增大压强，平衡向正反应移动．
故答案为：增大压强（或增大反应物的浓度，或将氨气从混合体系中分离出去）；
（3）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=180.5kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）；△H=一905kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）；△H=-483.6kJ/mol
①+③×

3

2

-②×

1

2

得：N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol；
（4）总反应式为N₂+3H₂=2NH₃；
负极的电极反应为3H₂-6e^-═6H⁺；
总反应式减去负极电极反应式，即为正极电极反应式，
所以正极电极反应式为：N₂+6H⁺+6e^-═2NH₃，故答案为：N₂+6H⁺+6e^-═2NH₃．

点评：本题考查化学平衡计算、平衡常数、热化学方程式、原电池等，综合较大，难度中等，注意两电极反应式相加得总反应式时，两电极得失电子数应相等．