Question

13．氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题．
（1）下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值．

反应	大气固氮N2（g）+O2（g）?2NO（g）		工业固氮N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）
温度/℃	27	2000	25	400	450
K	3.8×10-31	0.1	5×108	0.507	0.152

①分析数据可知：大气固氮反应属于吸热（填“吸热”或“放热”）反应．
②分析数据可知；人类不适合大规模模拟大气固氮的原因K值小，正向进行的程度小（或转化率低），不适合大规模生产．
③从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适．
（2）工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N2的平衡转化率在不同压强（P₁、P₂）下随温度变化的曲线，如图所示的图示中，正确的是A（填“A”或“B”）；比较p₁、p₂的大小关系р₂＞р₁．

（3）20世纪末，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如C所示，阴极的电极反应式是N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
（4）近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），则其反应热△H=+1530 kJ•mol^-1（已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ．mol^-1，2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l） H=-571.6kJ．mol^-1）

Answer 1

分析 （1）①温度越高，K越大，说明升高温度，平衡正移；
②K值很小，转化率很小；
③合成氨反应中，在500℃左右催化剂活性最高；
（2）合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率减小；增大压强平衡正向移动，转化率增大；
（3）氮气在阴极得电子生成氨气；
（4）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由盖斯定律：①×2-②×3得2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），据此分析．

解答 解：（1）①由表格数据可知，温度越高，K越大，说明升高温度，平衡正移，则正反应方向为吸热反应，故答案为：吸热；
②由表格数据可知，2000℃时，K=0.1，K值很小，则转化率很小，不适合大规模生产，所以人类不适合大规模模拟大气固氮，
故答案为：K值小，正向进行的程度小（或转化率低），不适合大规模生产；
③合成氨反应中，反应温度越高，反应速率越快，但是该反应为放热反应，温度高转化率会降低，而且在500℃左右催化剂活性最高，所以从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适；
故答案为：从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适；
（2）合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率减小，所以图A正确，B错误；该反应正方向为体积减小的方向，增大压强平衡正向移动，转化率增大，р₂的转化率大，则р₂大；
故答案为：A；р₂＞р₁；
（3）电解池中氮气在阴极得电子生成氨气，其电极方程式为：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，故答案为：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃；
（4）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由盖斯定律：①×2-②×3得2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），△H=（-92.4kJ•mol^-1）×2-（-571.6kJ•mol^-1）×3=+1530 kJ•mol^-1；
故答案为：+1530 kJ•mol^-1．

点评 本题考查了平衡常数的应用、合成氨反应的条件选择、影响化学平衡的因素、电解原理的应用、盖斯定律的应用等，题目难度中等，侧重于基础知识的综合应用考查，注意把握K与温度的关系以及影响化学平衡的因素．