Question

【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)。

① NH3的电子式是_______。

② 写出步骤c的化学方程式_______。

③ 由图像可知合成氨反应的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1.0 L的反应容器中投入5 mol N2、15 mol H2，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_______。

② M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，示意图如下：

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_______。

Answer 1

【答案】 *NNH + H2*N + NH3 ＜ T1＜ T2 ＜ T3 7.32×10-3 a → b N2 + 6H+ + 6 MV+ = 2NH3 + 6 MV2+ 条件温和、生成氨的同时释放电能

【解析】

（1）①根据氨气的中心原子N，最外层有5个电子，与三个氢原子形成三对共用电子对，还剩一对孤对电子，得到电子式；

②根据图像，写出化学方程式；

③能量值是降低的，故反应放热，可以判断H的大小；

(2)合成氨的反应放热，升高温度，平衡向吸热的方向移动，根据图像，在相同的压强下，温度越高，氨气的质量分数越小，可以得到T1、T2、T3大小关系；根据M点氨气的质量分数，利用三段式求出M点的化学平衡常数；

(3)生物燃料电池的工作原理是N2+3H22NH3，其中N2在正极区得电子发生还原反应，H2在负极区失电子发生氧化反应，原电池工作时阳离子向正极区移动，据此分析判断。

（1）①根据氨气的中心原子N，最外层有5个电子，与三个氢原子形成三对共用电子对，还剩一对孤对电子，得到电子式，

故答案为：；

②根据图像，化学方程式：*NNH + H2*N + NH3，

故答案为：*NNH + H2*N + NH3；

③能量值是降低的，故反应放热，可以判断H<0，

故答案为：＜；

(2) ①合成氨的反应放热，升高温度，平衡向吸热的方向移动，根据图像，在相同的压强下，温度越高，氨气的质量分数越小，故温度T1＜ T2 ＜ T3，

故答案为：T1＜ T2 ＜ T3；

②设变化的氮气的物质的量浓度为x

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

开始 5 15 0

变化 x 3x 2x

平衡 5-x 15-3x 2x

M点氨气的质量分数为40%，

则×100%=40%，解得x =2，

故K===7.32×10-3，

故答案为：7.32×10-3；

(3) ①根据图示，a极区，氢气被氧化为氢离子，故MV+→MV2+被氧化，因此a为负极，b为正极，导线中电子移动方向是a → b，

故答案为：a → b；

② 根据图示，固氮酶区域发生反应为氮气和MV+反应生成氨气和MV2+，根据氧化还原反应规律，该离子方程式N2+6H++6MV+=2NH3+6MV2+，

故答案为：N2+6H++6MV+=2NH3+6MV2+；

③传统工业合成氨反应条件为高温、高压、催化剂，反应条件苛刻，该方法制取氨气条件温和、生成氨的同时释放电能，

故答案为：条件温和、生成氨的同时释放电能。