题目内容
【题目】合成氨对人类生存具有重大意义，反应为：N2（g）+3H2（g）
2NH3（g）△H
（1）科学家研究在催化剂表面合成氨的反应机理，反应步骤与能量的关系如图所示（吸附在催化剂表面的微粒用*标注，省略了反应过程中部分微粒）。
①NH3的电子式是___。
②决定反应速率的一步是___（填字母a、b、c、…）。
③由图象可知合成氨反应的△H____0（填“＞”、“＜”或“=”）。
（2）传统合成氨工艺是将N2和H2在高温、高压条件下发生反应。若向容积为1.0L的反应容器中投入5molN2、15molH2，在不同温度下分别达平衡时，混合气中NH3的质量分数随压强变化的曲线如图所示：
①温度T1、T2、T3大小关系是___。
②M点的平衡常数K=____（可用分数表示）。
（3）目前科学家利用生物燃料电池原理（电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子），研究室温下合成氨并取得初步成果，示意图如图：
①导线中电子移动方向是____。
②固氮酶区域发生反应的离子方程式是___。
③相比传统工业合成氨，该方法的优点有___。
【答案】
b ＜ T3＞T2＞T1 7.32×10-3 a→b N2+6H++6MV+=2NH3+6MV2+ 条件温和、生成氨的同时释放电能
【解析】
(1)①从分子中每个原子都形成了稳定结构的角度分析；
②反应需要的能量最高的反应决定总反应速率；
③根据能量图，反应物的总能量高于产物的总能量，则反应为放热反应；
(2)①正反应为放热反应，相同压强下，温度越高，对应NH3的含量越小；
②根据反应三段式进行计算；
(3)①根据装置电极b上MV2+转化为MV+判断正负极，原电池工作时，电子从负极经过导线流向正极；
②固氮酶区域中N2转化为NH3，MV+转化为MV2+；
③该电化学装置工作时，可将化学能转化为电能，同时利用生物酶在室温下合成氨，不需要高温条件、反应条件温和。
(1)①NH3分子中一个N原子与三个H原子形成3对共用电子对，N原子还有1对孤电子对，NH3电子式为：；
②根据合成氨的反应机理与各步能量的关系图可知，反应b需要的能量最大，反应需要的能量越高，反应速率越慢，需要能量最高的反应决定总反应速率，所以决定反应速率的一步是b；
③根据能量图，反应物的总能量高于产物的总能量，则反应为放热反应，△H＜0；
(2)①正反应为放热反应，相同压强下，温度越高，对应NH3的含量越小，所以图中温度T1、T2、T3大小关系是T3＞T2＞T1；
②设M点N2反应的物质的量为xmol，反应三段式为：
M点平衡时NH3的质量分数为40%，即
=40%，可得x=2，则平衡时c(N2)=3mol/L，c(H2)=9mol/L，c(NH3)=4mol/L，平衡常数为K=
=7.32×10-3；
(3)①根据装置电极b上MV2+转化为MV+可知，b电极为正极、a电极为负极，原电池工作时，电子从负极a电极经过导线流向正极b电极，即a→b；
②固氮酶区域中N2转化为NH3，MV+转化为MV2+，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，所以发生的反应为：N2+6H++6MV+=2NH3+6MV2+；
③该电化学装置工作时，可将化学能转化为电能，同时利用生物酶在室温下合成氨，不需要高温条件、反应条件温和，所以与传统化工工艺相比，该工艺的优点为：条件温和、生成氨的同时释放电能。
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t/min | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
n(Cl2)/mol | 0 | 1.2 | 2.6 | 4.4 | 5.4 | 6.0 |
A.7.2molmin-1B.8.0molmin-1C.0.9molmin-1D.0.45molmin-1