Question

含氮化合物对人类生活有十分重大的意义．
（1）目前广泛使用的工业合成氨方法是用氮气和氢气在一定条件下化合．
已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
①写出工业合成氨的热化学方程式：

 

．
②实验室模拟合成氨，在2L密闭容器中投入1molN₂和3molH₂，容器中氨气的体积分数随时间变化如图所示．则0～10min，NH₃的平均速率为

 

；达平衡时，N₂的转化率为

 

．
③若在②达平衡后，保持容器体积及温度不变，移走0.5molNH₃，再达平衡时，N₂的体积分数将，平衡常数

 

（填“增大”“减小”或“不变”）
（2）科学家一直致力于研究常温常压下“人工固氮”的方法．据报道：在常温常压条件下，N2在催化剂（掺有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面与水反应，生成NH3和一种单质．进一步研究NH3生成量与温度关系，部分实验数据如下（反应时间3h，其余条件一样）

T/℃	30	40	50
NH3生成量/10-6mol	4.8	5.9	6.0

①写出常温下“人工固氮”反应的化学方程式：

 

此反应△H

 

 0（填“＞”、“＜”或“=）
②该反应中的催化剂TiO₂的制取方法之一是将TiCl₄气体导入氢氧火焰中（700～1000℃）进行水解．写出TiCl₄水解的化学方程式：

 

．
③在上述固氮过程中，除加入催化剂外，能提高生产速率，但不降低产率的措施还可以是

 

．
A．适当升高温度                           
B．将氨气液化分离
C．增大反应物N₂的浓度                     
D．增大压强．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①根据盖斯定律计算焓变书写热化学方程式；
②根据三行式计算反应速率和转化率，v=

△c

△t

，转化率=

变化量

初始量

×100%；
③根据影响化学平衡移动的因素以及影响K的因素来回答即可；
（2）①根据已知反应物和生成物分析出另一种产物，再利用氧化还原配平法配平；图表分析温度升高，平衡状态氨气的物质的量增大，说明升温平衡正向进行，正反应为吸热反应；
②根据信息：将TiCl₄气体导入氢氧火焰中（700～1000℃）进行水解可以得到二氧化钛来书写方程式；
③根据影响化学反应速率的因素和影响平衡的因素来回答．

解答： 解：（1）已知：a、N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
b、4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol
c、2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
则反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）可以是：a+

3

2

×b-

1

2

×c得到，所以△H=180.5kJ/mol+

3

2

×（-905kJ/mol）-

1

2

×（-483.6kJ/mol）=-92.4kJ/mol，故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol；
②在2L密闭容器中投入1molN₂和3molH₂，平衡时，容器中氨气的体积分数是25%，设氮气的变化量是x，则
               N₂+3H₂?2NH₃，
起始量（mol） 0.5   1.5  0
变化量（mol）  x    3x    2x
平衡量（mol）0.5-x 1.5-3x 2x
容器中氨气的体积分数是25%，得到

2x

0.5-x+1.5-3x+2x

=25%，解得x=0.2mol/L，
N₂的转化率=

0.2

0.5

×100%=40%；则0～10min，NH₃的平均速率为

0.4mol/L

10min

=0.04mol/（L?min）．
故答案为：0.04mol/（L?min）；40%；
③若在②达平衡后，保持容器体积及温度不变，移走0.5molNH₃，压强减小，平衡逆向移动，再达平衡时，N₂的体积分数将增大，平衡常数只受温度的影响，温度不变，K不变，故答案为：增大；不变；
（2）①已知反应物是N₂和H₂O生成物有NH₃，N₂→NH₃用氮元素化合价降低，则氧元素化合价一定升高，所以另一种产物为氧气，再根据氧化还原配平法配平方程式为：2N₂+6H₂O

催化剂  .

4NH_3⁺3O₂，图表分析温度升高，平衡状态氨气的物质的量增大，说明升温平衡正向进行，正反应为吸热反应，△H＞0；
故答案为：2N₂+6H₂O

催化剂  .

4NH_3⁺3O₂；＞；
②根据信息：将TiCl₄气体导入氢氧火焰中（700～1000℃）进行水解可以得到二氧化钛，即TiCl₄+2H₂O

700～1000℃  .

TiO₂+4HCl，故答案为：TiCl₄+2H₂O

700～1000℃  .

TiO₂+4HCl；
③A．适当升高温度，能提高其反应速率且平衡正移，故A正确；                           
B．将氨气液化分离，能减慢其反应速率且平衡正移，故B错误；   
C．增大反应物N₂的浓度，能提高其反应速率且平衡正移，故C正确；                  
D．增大压强，能提高其反应速率且平衡逆向移动，故D错误；  
故选AC．

点评：本题涉及热化学中盖斯定律的应用以及化学反应速率、平衡的计算等知识，属于综合知识的考查，难度不大．