题目内容

科学家一直致力研究常温、常压下“人工围氮”的新方法．曾有实验报道：在常温、常压、学照条件下，N2在催化剂（掺有少量Fe2O3的TiO2）表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3．进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表（光照、N2压力1.0×105Pa、反应时间3h）：
T/K303313323353
NH3生成量/（10-6mol）4.85.96.02.0
相应的热化学方程式如下：N2（g）+3H2O（1）=2NH3（g）+O2（g）△H=+765.2kJ?mol-1
回答下列问题：
（1）与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢．请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议：    ．
（2）工业合成氨的反应为N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）．设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60mol N2（g）和1.60mol H2（g）．反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数（NH2的物质的量与反应体系中总的物质的量之比）为．计算
①该条件下N2的平衡转化率；
②该条件下反应2NH3（g）?N2（g）+3H2（g）的平衡常数．
【答案】分析：（1）平衡向正反应移动可增大氨气的产生量；升高温度，增大反应物浓度等可以增大反应速率；
（2）令参加反应的氮气的物质的量为nmol，根据三段式用n表示出各组分的物质的量的变化量、平衡时各组分的物质的量．在根据NH3的物质的量分数，列方程计算n的值；
①根据转化率的定义计算该条件下N2的平衡转化率；
②平衡常数指生成物浓度的系数次幂之积与反应物浓度系数次幂之积的比值，平衡常数k=．相同温度下，同一可逆反应的正逆平衡常数互为倒数关系．
解答：解：（1）该反应正反应是吸热反应，升高温度，使化学平衡向正反应方向移动，从而增大NH3生成量，升高温度也能提高反应速率；增大反应N2浓度，加快反应速率，并使化学平衡向右移动；不断移出生成物脱离反应体系，使平衡向右移动，增大NH3生成量，
故答案为：升高温度，增大反应物N2的浓度，不断移出生成物脱离反应体系；
（2）对于反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g）
开始（mol）：0.6     1.6               0
变化（mol）：n       3n                2n
平衡（mol）：0.6-n   1.6-3n            2n
所以=，解得n=0.4，
①由三段式解题法计算可知，平衡时参加反应的氮气的物质的量为0.4mol，
起始时，氮气的物质的量为0.6mol，
所以该条件下N2的平衡转化率为×100%=66.7%，
答：该条件下N2的平衡转化率：66.7%；
②由三段式解题法计算可知，平衡时，c（N2）==0.1mol/l；c（H2）==0.2mol/l； c（NH3）==0.4mol/l．
所以该条件下反应2NH3（g）?N2（g）+3H2（g）的平衡常数k===0.005，
答：该条件下反应2NH3（g）?N2（g）+3H2（g）的平衡常数为0.005．
点评：本题考查平衡移动与计算、平衡常数等，难度不大，注意三段式解题法的利用．
练习册系列答案
相关题目
科学家一直致力于“人工固氨”的新方法研究．目前合成氨技术原理为：
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）+92.4kJ/mol
673K，30MPa下，上述合成氨反应中n（NH3）和n（H2）随时间变化的关系如图1所示．

（1）下列叙述正确的是
AC
AC

A．点a的正反应速率比点b的大
B．点c处反应达到平衡
C．点d和点e处的n （N2）相同
D．773K，30MPa 下，反应至t2时刻达到平衡，则n（NH3）比图中e点的值大
（2）在容积为2.0L恒容得密闭容器中充入0.80mol N2（g）和1.60mol H2（g），673K、30MPa下达到平衡时，NH3的体积分数为20%．该条件下，N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）的平衡常数值为：
1.07
1.07
．
（3）K值越大，表明反应达到平衡时
C
C
．
A．H2的转化率一定越高    B．NH3的产量一定越大    C．正反应进行得越完全    D．化学反应速率越大
（4）1998年希腊亚里斯多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+），实现了高温、常压下高转化率的电解合成氨．其实验装置如图2．阳极的电极反应为：H2-2e→2H+，则阴极的电极反应为：
N2+6H++6e-=2NH3
N2+6H++6e-=2NH3
．
（2011?门头沟区模拟）科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究．
（1）目前合成氨的技术原理为：（g）+3H2（g）?2NH3（g）；△H=-92.4kJ/molN2
该反应的能量变化如图1所示．
①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E2的变化是：
减小
减小
．（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②将一定量的N2（g）和H2（g）放入1L的密闭容器中，在500℃、2×107Pa下达到平衡，测得N2为0.1mol，H2为0.3mol，NH3为0.1mol．该条件下H2的转化率为
33.3%
33.3%
．
③欲提高②容器中H2的转化率，下列措施可行的是
AD
AD
．
A．向容器中按原比例再充入原料气
B．向容器中再充入惰性气体
C．改变反应的催化剂
D．液化生成物分离出氨
（2）1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传导H+），从而实现了高转化率的电解法合成氨．其实验装置如图2所示．阴极的电极反应式为
N2+6H++6e-=2NH3
N2+6H++6e-=2NH3
．
（3）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常 压、光照条件下，N2在催化剂（掺有少量Fe2O3和TiO2）表面与水发生下列反应：2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g）；△H=a kJ/mol
进一步研究NH3生成量与温度关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下：
T/K 303 313 323
NH3生成量/（10-6mol） 4.8 5.9 6.0
①此合成反应的a
大于
大于
0．（填“大于”、“小于”或“等于”）
N2（g）+3H2（g）2NH3（g）；△H=-92.4kJ/mol
②已知
O2（g）+2H2（g）2H2O（l）；△H=-571.6kJ/mol则2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g）；△H=
kJ/mol
（4）NH4Cl溶液呈酸性，这是由于N
H
+
4
水解的缘故．则NH4Cl在重水（D2O）中水解的离子方程式是
NH4++D2O?NH3?HDO+D+
NH4++D2O?NH3?HDO+D+
．

科学家一直致力于“人工固氨”的新方法研究。目前合成氨技术原理为：

N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)+92.4 kJ/mol

673K，30MPa下，上述合成氨反应中n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如右图所示。

（1）下列叙述正确的是(  )

A．点a的正反应速率比点b的大

B．点c处反应达到平衡

C．点d和点e处的n (N2)相同

D．773K，30MPa 下，反应至t2时刻达到平衡，则n(NH3)比图中e点的值大

（2）在容积为2.0 L恒容得密闭容器中充入0.80 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，673K、30MPa下达到平衡时，NH3的体积分数为20%。该条件下，N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数值为：_____________。

（3）K值越大，表明反应达到平衡时(    )。

A. H2的转化率一定越高    B．NH3的产量一定越大

C．正反应进行得越完全    D．化学反应速率越大

（4）1998年希腊亚里斯多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+），实现了高温、常压下高转化率的电解合成氨。其实验装置如图。阳极的电极反应为：H2-2e2H+，则阴极的电极反应为：_____________。

 

(7分) 科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究。

⑴目前合成氨的技术原理为：

该反应的能量变化如图所示。

①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E2的变化是：      。（填“增大”、“减小”或“不变”）。

②将一定量的N2(g)和H2(g)放入1L的密闭容器中，在500℃、2×107Pa下达到平衡，测得N2为0.1 mol，H2为0.3 mol，NH3为0.1 mol。该条件下H2的转化率为      。

③欲提高②容器中H2的转化率，下列措施可行的是      。

A．向容器中按原比例再充入原料气    B．向容器中再充入惰性气体

C．改变反应的催化剂                D．液化生成物分离出氨

⑵1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传导H+），从而实现了高转化率的电解法合成氨。其实验装置如图所示。阴极的电极反应式为       。

⑶根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常 压、光照条件下，N2在催化剂（掺有少量Fe2O3和TiO2）表面与水发生下列反应：

进一步研究NH3生成量与温度关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下：

T/K

303

313

323

NH3生成量/（10－6mol）

4.8

5.9

6.0

①合成反应的a_     0。（填“大于”、“小于”或“等于”）

②已知

则

 

（14分）

科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究。

⑴目前合成氨的技术原理为：

该反应的能量变化如图所示。

①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E2的变化是：      。（填“增大”、“减小”或“不变”）。

②将一定量的N2(g)和H2(g)放入1L的密闭容器中，在500℃、2×107Pa下达到平衡，测得N2为0.1 mol，H2为0.3 mol，NH3为0.1 mol。该条件下H2的转化率为      。

③欲提高②容器中H2的转化率，下列措施可行的是      。

A．向容器中按原比例再充入原料气

B．向容器中再充入惰性气体

C．改变反应的催化剂

D．液化生成物分离出氨

⑵1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传导H+），从而实现了高转化率的电解法合成氨。其实验装置如图所示。阴极的电极反应式为      。

⑶根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常 压、光照条件下，N2在催化剂（掺有少量Fe2O3和TiO2）表面与水发生下列反应：

进一步研究NH3生成量与温度关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下：

T/K

303

313

323

NH3生成量/（10－6mol）

4.8

5.9

6.0

①此合成反应的a_     0。（填“大于”、“小于”或“等于”）

②已知

⑷ NH4Cl溶液呈酸性，这是由于NH水解的缘故。则NH4Cl在重水（D2O）中水解的离子方程式是      。

 

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