Question

【題目】氮及其化合物在工農業生產和生命活動中起著重要的作用，銨鹽、硝酸鹽均是植物生長的“食物”，將氮氣轉化為氮氣是植物獲得“食物”的第一步，在常溫常壓下使N2高效地轉化成為NH3是眾多科學家們一直在探究的問題：

(1)已知：①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180.5kJmol﹣1水的汽化熱△H=+44kJmol﹣1據報道，科學家已找到一種催化劑，使氨氣與液態水在常溫條件下轉化為NH3及氧氣，寫出反應的熱化學方程式____________________________________________________________；

(2)工業時合成氨的原理為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=﹣92.4kJmol﹣1 。圖1表示H2的轉化率與溫度、壓強之間的關系，圖2表示H2的轉化率與起始投料比[n(N2)/n(H2)]、壓強的變化關系，則T1、T2、T3的大小關系為___ ， 曲線與曲線對應的壓強P1___P2(填“＞”“＜”“=”)．測得B(X，60)點時N2的轉化率為40%，則X=______________________。

(3)一定溫度下，將2molN2和6molH2置于一密閉容器中反應，測得平衡時容器的總壓為aMPa，NH3的物質的量總數為20%，列式計算出此時的平衡常數Kp=___(用平衡分壓代替平衡濃度進行計算，分壓=總壓×體積分數，可不化簡)。

下列各項中能說明反應已達到平衡狀態的是_____________________ 。

a．混合氣體的平均相對分子質量不變

b．N2的消耗速率等于NH3的生成速率

c．混合氣體的密度不變

d．N2和H2的物質的量之比保持不變

(4)NH3催化劑生成NO，以NO為原料通過電解的方法可以制備NH4NO3 ， 其總反應是8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ， 試寫出以惰性材料作電極的陰極反應式：___ ． 電解過程中為使電解產物全部轉化為NH4NO3 ， 需要補充NH3的原因是___ 。

Answer 1

【答案】2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=+1650kJ/mol T1＞T2＞T3 ＞ 1：2 a NO+6H++5e﹣=NH4+ +3H2O 總反應中有HNO3生成，應補充NH3與HNO3反應生成NH4NO3

【解析】

（1）已知：①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180.5kJmol﹣1

水的汽化熱△H=+44kJmol﹣1，則可得：③H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJmol﹣1，

根據蓋斯定律，②×2+③×6﹣①可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)；

（2）正反應為放熱反應，溫度越高，氫氣的轉化率越低；

正反應為氣體物質的量減小的反應，壓強越大，氫氣的轉化率越大；

測得B（X，60）點時N2的轉化率為40%，則：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量（mol）： a b

變化量（mol）：0.4a 1.2a

根據氫氣的轉化率可得100%=60%，即b=2a，可以計算起始投料比[n(N2)/n(H2)]；

（3）一定溫度下，將2molN2和6molH2置于一密閉容器中反應，二者按1：3反應，故平衡時二者物質的量分數之比為1：3，平衡時NH3的物質的量分數為20%，則N2的物質的量分數為×（1﹣20%）=20%，H2的物質的量分數為1﹣20%﹣20%=60%，再計算各物質的分壓，代入Kp=計算；

a．混合氣體總質量不變，隨反應進行混合氣體總物質的量減小，則平均相對分子質量減小，混合氣體的平均相對分子質量不變，說明反應到達平衡；

b．平衡時NH3的生成速率等于N2的消耗速率的2倍；

c．混合氣體總質量不變、容器的容積不變，密度為常數；

d．N2和H2的起始物質的量之比等于化學計量數之比，二者物質的量之比始終為1：3；

（4）NH3催化劑生成NO，以NO為原料通過電解的方法可以制備NH4NO3 ，其總反應是：8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ，陰極發生還原反應，陰極上是NO獲得電子生成NH4+，由電荷守恒可知有H+參與反應，還生成水，電池總反應中有HNO3生成，應補充NH3與HNO3反應生成NH4NO3。

（1）已知：①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180.5kJmol﹣1

水的汽化熱△H=+44kJmol﹣1，則可得：③H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJmol﹣1，

根據蓋斯定律，②×2+③×6﹣①可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) 的△H=+1650kJ/mol，

故答案為：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) △H=+1650kJ/mol；

（2）正反應為放熱反應，溫度越高，氫氣的轉化率越低，則T1＞T2＞T3；

正反應為氣體物質的量減小的反應，壓強越大，氫氣的轉化率越大，則：P1＞P2；

測得B（X，60）點時N2的轉化率為40%，則：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量（mol）： a b

變化量（mol）：0.4a 1.2a

根據氫氣的轉化率可得100%=60%，即b=2a，則X===1：2，

故答案為：T1＞T2＞T3 ；＞ ；1：2；

（3）一定溫度下，將2molN2和6molH2置于一密閉容器中反應，二者按1：3反應，故平衡時二者物質的量分數之比為1：3，平衡時NH3的物質的量分數為20%，則N2的物質的量分數為×（1﹣20%）=20%，H2的物質的量分數為1﹣20%﹣20%=60%，平衡時容器總壓為aMPa，則Kp==；

a．混合氣體總質量不變，隨反應進行混合氣體總物質的量減小，則平均相對分子質量減小，混合氣體的平均相對分子質量不變，說明反應到達平衡，故a正確；

b．平衡時NH3的生成速率等于N2的消耗速率的2倍，故b錯誤；

c．混合氣體總質量不變、容器的容積不變，密度始終不變，故c錯誤；

d．N2和H2的起始物質的量之比等于化學計量數之比，二者物質的量之比始終為1：3，故d錯誤。

故答案為：；a；

（4）NH3催化劑生成NO，以NO為原料通過電解的方法可以制備NH4NO3 ，其總反應是：8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ，陰極發生還原反應，陰極上是NO獲得電子生成NH4+，由電荷守恒可知有H+參與反應，還生成水，電池總反應中有HNO3生成，應補充NH3與HNO3反應生成NH4NO3。

故答案為：NO+6H++5e﹣=NH4++3H2O；總反應中有HNO3生成，應補充NH3與HNO3反應生成NH4NO3。