Question

5．氮是地球上含量丰富的一种元素，“固氮”在工农业生产中有着重要作用，是几百年来科学家一直研究的课题．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	5×10-8	2×104	7×103

（1）①分析数据可知：大气固氮反应属于吸热（填“吸热”或“放热”）反应．
②在一定温度下，将一定足的N₂和O₂通入到体积为1L的密闭容器中，当“大气固氮”反应达到平衡后，改变下列条件，能使平衡向正反应方向移动且平衡常数不变的是b．
a．增大压强    b．增大反应物的浓度     c．使用催化剂   d．升高温度
③从分子结构角度解释“大气固氮”和“工业固氮”反应的活化能都很高的原因：氮气分子中N≡N键能很大，断开N≡N需要吸收较高能量．
（2）分析表格数据可知“大气固氮”的反应正向进行的程度小，不适合大规模生产，故世界各国均采用合成氨的方法进行工业固氮．
①从平衡移动角度考虑，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，解释其原因从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适．

②将0.1molN₂和0.1molH₂通入一容积可变的容器中进行工业固氮反应，则下图所示N₂的平衡转化率在不同压强（P₁，P₂）下随温度变化的曲线正确的是A（填“A”或“B”）；比较P₁、P₂的大小关系 р₂＞р₁；若300℃、压强P₂时达到平衡，容器容积恰为100L，则此状态下反应的平衡常数K=1.3×l0⁵ （计算结果保留2位有效数字）．
③合成氨反应达到平衡后，t₁时刻氮气浓度欲发生图C变化可采取的措施是容器容积不变条件下移走适量氨气，降低氨气的浓度．
（3）近年近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，
反应原理为：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），则其反应热△H=+1530 kJ•mol^-1．
（已知：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₁=-92.4kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H₂=-571.6kJ•mol^-1 ）

Answer 1

分析 （1）①温度越高，K越大，说明升高温度，平衡正移；
②a．增大压强，平衡不移动；    
b．增大反应物的浓度，平衡正向移动，但平衡常数不变；     
c．使用催化剂，平衡正向移动；
 d．升高温度，平衡正向移动，平衡常数变大；
③从氮气的分子结构分析解答；
（2）①合成氨反应中，在500℃左右催化剂活性最高；
②合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率减小；增大压强平衡正向移动，转化率增大；平衡常数等于平衡时生成物浓度幂之积比上反应物浓度幂之积，代入进行计算；
③由可知氨气的浓度瞬间减小，所以应是容器容积不变条件下移走适量氨气，降低氨气的浓度；
（3）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由盖斯定律：①×2-②×3得2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），据此分析．

解答 解：（1）①由表格数据可知，温度越高，K越大，说明升高温度，平衡正移，则正反应方向为吸热反应，故答案为：吸热；
②a．增大压强，平衡不移动，不符合题意，故不选；    
b．增大反应物的浓度，平衡正向移动，但平衡常数不变，故选；     
c．使用催化剂，平衡正向移动，不符合题意，故不选；
 d．升高温度，平衡正向移动，平衡常数变大，不符合题意，故不选；
故选b；
 ③氮气分子中N≡N键能很大，断开N≡N需要吸收较高能量，所以大气固氮”和“工业固氮”反应的活化能都很高，故答案为：氮气分子中N≡N键能很大，断开N≡N需要吸收较高能量；
（2）①成氨反应中，反应温度越高，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，而且在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℃左右合适；
故答案为：从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适；
 ②合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率减小，所以图A正确，B错误；该反应正方向为体积减小的方向，增大压强平衡正向移动，转化率增大，р₂的转化率大，则р₂大；
      N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
c（初） 10^-3 10^-3              0     
c（变） 10^-4    3×10^-4 2×10^-4
c（平） 9×10^-4 7×10^-4 2×10^-4
，所以K=$\frac{（{2×1{0}^{-4}）}^{2}}{9×1{0}^{-4}×（7×1{0}^{-4}）^{3}}$=1.3×l0⁵，故答案为：A；р₂＞р₁；1.3×l0⁵；
③由可知氨气的浓度瞬间减小，所以应是容器容积不变条件下移走适量氨气，降低氨气的浓度，故答案为：容器容积不变条件下移走适量氨气，降低氨气的浓度；
（3）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由盖斯定律：①×2-②×3得2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），△H=（-92.4kJ•mol^-1）×2-（-571.6kJ•mol^-1）×3=+1530 kJ•mol^-1；
故答案为：+1530 kJ•mol^-1．

点评 本题考查了平衡常数的应用、合成氨反应的条件选择、影响化学平衡的因素、电解原理的应用、盖斯定律的应用等，题目难度中等，侧重于基础知识的综合应用考查，注意把握K与温度的关系以及影响化学平衡的因素．