Question

合成氨对人类社会发展具有重要意义，结合有关合成氨信息，请按要求回答下列问题．
I．最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）实验电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率．总反应式为：N₂+3H₂

SCY陶瓷

一定条件

2NH₃．则在电解法合成氨的过程中，应将不断地通入

 

极（填“阴”或“阳”）：向另一电极通入N₂，该电极的反应式为

 

．
Ⅱ．据报道，在一定条件下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应：
2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H═+1266kJ/mol
（1）上述反应的平衡常数表达式为

 

．
（2）若上述反应在有催化剂的情况下发生，则如图所示的a、b、c、d四条曲线中，能表示反应体系能量变化的是

 

（填字母代号）．

（3）该反应能否自发进行

 

．
Ⅲ．目前工业合成氨的原理为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-93.0kJ/mol
（1）结合Ⅱ中的数据，则2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H═

 

．
（2）在一定温度下，将1mol N₂和3mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8mol．
①达平衡时，H₂的转化率a₁=

 

．
②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率为a₂，当a₁+a₂=1时，则起始时NH₃的物质的量n（NH₃）=

 

 mol．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,反应热和焓变,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡建立的过程

专题：基本概念与基本理论

分析：Ⅰ、依据电解原理分析，阳极是失电子发生氧化反应，阴极是得到电子发生还原反应，结合化学反应的方程式中元素化合价变化判断得到，电极名称和电极反应；
Ⅱ、（1）平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；
（2）反应是吸热反应，应从c、d曲线中找答案，使用催化剂可以降低反应的活化能；
（3）依据反应自发进行的判断依据和反应特征分析；
Ⅲ、（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需让化学方程式；
（2）①根据差量法求出参加反应的H₂，然后求出转化率；
②根据题意可以判断出是从正逆两个方向建立的平衡，由此推断出起始时NH₃的物质的量为2mol．

解答： 解：Ⅰ、电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，所以氢气不断通入阳极；阴极氮气得到电子结合氢离子反应生成氨气，电极反应为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案为：阳；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
Ⅱ、（1）2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），平衡常数K=

c3(O2)c4(NH3)

c2(N2)c6(H2O)

，
故答案为：

c3(O2)c4(NH3)

c2(N2)c6(H2O)

；
（2）反应是吸热反应，应从c、d曲线中找答案，使用催化剂可以降低反应的活化能，因此应该选d，
故答案为：d；
（3）2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），反应是气体体积减小的吸热反应，△H＞0，△S＜0，则△H-T△S＞0，反应不能自发进行；
故答案为：不能；
Ⅲ、（1）①2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H═+1266kJ/mol，
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-93.0kJ/mol
依据盖斯定律计算（②×2-①）÷3得到：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H═-484.0KJ/mol；
故答案为：-484.0KJ/mol；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△n
      1       3         2        2
             1.8mol          （4-2.8）mol
 H₂的转化率α₁为转化率为

1.8mol

3mol

×100%=60%；
故答案为：60%；
②根据题意可以判断出是从正逆两个方向建立的平衡，由此推断出起始时NH₃的物质的量为2mol，所以起始时NH₃的物质的量2mol，故答案为：2．

点评：本题以合成氨为载体来考查化学反应原理中的电化学、化学反应的热效应、化学反应的限度（平衡态的建立、转化率、化学平衡与反应热），难度中等．