Question

【题目】氮的固定和氮的循环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	3.84×10-31	0.1	5×108	0.507	0.152

①分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因____。

②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， 解释其可能的原因_____。

(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(р1、р2)下随温度变化的曲线，下图所示的图示中，正确的是_____(填“A”或“B”)；比较р1、р2的大小关系_____。

(3)下图是某压强下，N2 与H2 按体积比1∶3投料时，反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线。其中一条是经过一定时间反应后的曲线，另一条是平衡时的曲线。

①图中b 点，v(正)_____v(逆)。(填“＞”、“＝”或“＜”)

②图中a 点，容器内气体 n(N2):n(NH3)=_____。

(4)已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H＝－92.4kJ·mol－1；2H2(g) +O2(g)2H2O(l)△H＝－575.6kJ·mol－1；近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下氮气与液态水合成氨气，同时产生氧气的新思路，则该反应的热化学反应方程式为：_____。

(5)NH3在一定条件下可被氧化。

已知：ⅰ．4NH3(g)+3O2(g)＝2N2(g)+6H2O(g)ΔH＝﹣1298kJ/mol

ⅱ．

① 断开 1 mol H-O 键与断开 1 mol H-N 键所需能量相差约_____kJ；

② H-O 键比 H-N 键(填“强”或“弱”)_____。

Answer 1

【答案】大气固氮为吸热反应，温度高达2000℃时，K值仍然很小，正向进行的程度很小，转化率很低，不适合大规模生产 温度在500℃左右时催化剂活性最高，反应速率较快，达到平衡需要的时间较短，从反应速率和催化剂的活性等角度考虑，选择500℃左右更合适 A p2＞p1 ＞ 1∶4 2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) △H=+1542 kJmol-1 75 强

【解析】

(1)根据温度对化学平衡常数K的影响结合K的含义分析解答；

(2)合成氨反应为气体体积减小的放热反应，结合温度和压强对平衡移动的影响分析解答；

(3)根据图象结合影响平衡的因素，a点所在曲线是平衡曲线、b点所在曲线是经过一定时间反应后的曲线，结合三段式计算解答；

(4)根据盖斯定律分析解答；

(5)根据焓变ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和计算解答。

(1)①由表格数据可知，由表格数据可知，温度越高，大气固氮反应的K越大，说明大气固氮的反应为吸热反应，2000℃时，K=0.1，K值很小，即转化率很小，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：大气固氮为吸热反应，温度高达2000℃时，K值都很小，正向进行的程度很小，转化率很低，不适合大规模生产；

②由表格数据可知，温度越高，合成氨反应的K越小，说明合成氨气的反应为放热反应，合成氨反应中，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，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℃左右最合适，故答案为：温度在500℃左右催化剂活性最高，反应速率较快，达到平衡需要的时间较短，从反应速率和催化剂的活性等角度考虑，选择500℃左右更合适；

(2)合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应物的转化率减小，所以图A正确，B错误；反应N2 (g)+3H2 (g) 2NH3(g)的正方向为体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，转化率增大，p2的转化率大，则p2大，故答案为：A；p2＞p1；

(3) 根据图知，a点所在曲线是平衡曲线、b点所在曲线是经过一定时间反应后的曲线。

①图中b点，氨气的体积分数逐渐增加，可知向正反应方向移动，正反应速率大于逆反应速率，故答案为：＞；

②图中a点，设反应的N2为x，

平衡时，氨气的体积分数为50%时，则=50%，解得：x=，则n(N2)：n(NH3)=∶=1∶4，故答案为：1∶4；

(4)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4kJmol-1，②2H2(g)+O2(g)2H2O(l) △H=-575.6kJmol-1，由盖斯定律：①×2-②×3得2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) △H=(-92.4kJmol-1)×2-(-575.6kJmol-1)×3=+1542 kJmol-1，故答案为：2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) △H=+1542 kJmol-1；

(5)①根据4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) △H=-1298kJ/mol，可知12E(H-N)+3×498kJ/mol-2×946kJ/mol-12E(H-O)=-1298kJ/mol，得E(H-O)- E(H-N)=75kJ/mol，故答案为：75；

②根据E(H-O)- E(H-N)=75kJ/mol，可知H-O 键比H-N键强，故答案为：强。