Question

【题目】工业合成氨反应为：N2（g）+3H2（g）2NH3（g），对其研究如下：

（1）已知H—H键能为436kJ·mol－1，N—H键能为391kJ·mol－1，N≡N键的键能是946kJ·mol－1，则上述反应的ΔH＝_________________。

（2）上述反应的平衡常数K的表达式为____________，若反应方程式改写为NH3（g）N2（g）+H2（g），则平衡常数K1＝____________________（用K表示）。

（3）在773K时，分别将2mol N2和6mol H2充入一个固定容积为1L的密闭容器中，随着反应的进行，气体混合物中n（H2）、n（NH3）与反应时间t的关系如下表：

t/min	0	5	10	15	20	25	30
n（H2）/mol	6.00	4.50	3.60	3.30	3.03	3.00	3.00
n（NH3）/mol	0	1.00	m	1.80	1.98	2.00	2.00

①表格中m＝_______________/span>，15～25min内，v（N2）＝_______________。

②该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3浓度均为3mol·L－1，此时v正_______v逆（填“＞”、“＜”或“＝”）。

③由表中的实验数据计算得到“浓度～时间”的关系可用图中的曲线表示，表示c（N2）～t的曲线是______________（填“甲”、“乙”或“丙”）。在此温度下，若起始充入4mol N2和12mol H2，反应刚达到平衡时，表示c（H2）的曲线上相应的点为_________________。

（4）Marnellos和Stoukides采用电解法合成氨，实现了常压合成和氮气的高转化率。该方法用SCY陶瓷将两极隔开，SCY陶瓷具有高质子导电性，其作用是传导H＋，则阴极的电极反应为____________________。

Answer 1

【答案】-92kJ·mol－1 K=c2（NH3）/[c3（H2）c（N2）] K-1/2 1.6mol 0.01mol/（Lmin） ＞ 乙 B N2+6e-+6H+=2NH3或N2+6e-+8H+=2NH4+

【解析】

（1）化学反应中，旧键断裂吸收能量，新键形成释放能量；

（2）K=c2（NH3）/[c3（H2）c（N2）]，K1＝c1.5（H2）c0.5（N2）/c（NH3）判断；

（3）①根据表中数据，10min时，氢气反应2.4mol，则生成1.6mol的氨气；

②根据表化学平衡常数与Qc的关系判断；

③根据氮气的初始c（N2）=2mol/L判断；根据等效平衡及反应速率的影响判断反应的点；

（4）电解池中，阴极得电子，化合价降低，则氮气得电子与氢离子反应生成氨气。

（1）化学反应中，旧键断裂吸收能量，新键形成释放能量，则ΔH＝946+4363-3916=-92kJ/mol；

（2）上述反应的平衡常数的表达式为K=c2（NH3）/[c3（H2）c（N2）]，K1＝c1.5（H2）c0.5（N2）/c（NH3）=K-1/2；

（3）①根据表中数据，10min时，氢气反应2.4mol，则生成1.6mol的氨气；15～25min内，氢气反应0.3mol，则氮气反应0.1mol，v（N2）＝0.1mol/1L/10min=0.01mol/（Lmin）；

②根据表中数据，25min时达到平衡状态，各物质的物质的量浓度为1mol/L、3mol/L、2mol/L，K=4/9，若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3浓度均为3mol/L时，Qc=1/9<K，平衡正向移动，v正＞v逆；

③氮气的初始c（N2）=2mol/L，反应过程中浓度减小，则曲线乙符合；在此温度下，若起始充入4mol N2和12mol H2，相当于增大压强，体积减小，平衡正向移动，但氢气的浓度增大，速率加快，到达平衡时间减少，则B点符合；

（4）电解池中，阴极得电子，化合价降低，则氮气得电子与氢离子反应生成氨气，电极反应式为N2+6e-+6H+=2NH3或N2+6e-+8H+=2NH4+。