题目内容
【题目】氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。请回答下列问题：
(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) | 工业固氮 N2 (g)+3H2 (g) | |||
温度/℃ | 27 | 2000 | 25 | 400 | 450 |
K | 3.84×10－31 | 0.1 | 5×108 | 0.507 | 0.152 |
①分析数据可知：大气固氮反应属于 ________(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是 ________。
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 ________。
(2)已知工业固氮反应：N2（g）+ 3H2（g）
2NH3（g）ΔH ＝－94.4kJ·mol－1，恒容时，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图1所示，各时间段最终均达平衡状态。
①在2L容器中发生反应，前20min内，ν(NH3) ＝ ________。
②25 min时采取的某种措施是 ________。
③时段III条件下反应的平衡常数为 ________ L2· mol－2(保留3位有效数字) 。
(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解法合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如图2所示，阴极的电极反应式是 ________。
(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ΔH ＝ ________。已知：N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g) ΔH1 ＝－92.4kJ·mol－1 2H2(g) +O2(g)2H2O(l) ΔH2 ＝－571.6kJ·mol－1
【答案】吸热 K值小，正向进行的程度小（或转化率低），不适合大规模生产 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 0.050（或0.05）mol/（L·min） 将NH3从反应体系中分离出去 2.37 N2+6e-+6H+=2NH3 +1530.0 kJ·mol－1
【解析】
（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从影响化学反应速率与化学平衡的角度即经济效益分析实际操作问题；
（2）①根据ν= 
计算出前20min内氨气的平均反应速率ν(NH3)；
②根据25min时氨气的物质的量变为0，而氮气和氢气的物质的量不变进行解答，改变的条件是分离出氨气；
③根据时段Ⅲ条件下达到平衡时各组分的浓度及平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积进行解答；
（3）氮气在阴极得电子生成氨气；
（4）已知：①N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=-92.4kJmol-1，
②2H2（g）+O2（g）2H2O（l）△H=-571.6kJmol-1，
由盖斯定律：①×2-②×3得2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g），据此分析。
（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结合表格可以看出，工业固氮的反应平衡常数随着温度的升高而降低，为放热反应，但温度升高，化学反应速率会增大，但催化剂也受温度影响，有适当的温度下活性最大，综合考虑，可选择温度为500℃左右合适，其原因可解释为：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，
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）①根据图象可知，20min时氨气的物质的量浓度为1.00 mol/L，所以氨气的平均反应速率为：ν(NH3) = = 
= 0.050（或0.05）mol/（L·min）
故答案为：0.050（或0.05）mol/（L·min）；
②25 min时氨气的物质的量迅速变为0而氮气、氢气的物质的量不变,之后氮气、氢气的物质的量逐渐减小，氨气的物质的量逐渐增大，说明25 min时改变的条件是将NH3从反应体系中分离出去，
故答案为：将NH3从反应体系中分离出去；
③时段Ⅲ条件下，其反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，图象方向可知平衡状态下c(N2) = 0.25 mol/L，c(NH3) = 0.50 mol/L，c(H2) = 0.75 mol/L，则该反应的化学平衡常数为：K=
= 
= 
2.37
故答案为：2.37；
(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) ΔH1 ＝－92.4 kJ·mol－1，
②2H2(g) +O2(g)2H2O(l) ΔH2 ＝－571.6 kJ·mol－1，
由盖斯定律：①×2②×3得2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g)，则△H=(92.4 kJml1)×2(571.6 kJmol1)×3 = + 1530.0 kJmol1；
故答案为：+ 1530.0 kJmol1。
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