Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工 農業生產、生活中有著重要作用，

（1）上圖是N₂(g)和H₂(g)反應生成1mol NH₃(g)過程中能量變化示意圖，請寫出N₂和H₂反應的熱化學方程式：                                                        。
（2）若已知下列數據：

化學鍵	H－H	N≡N
鍵能/kJ·mol－1	435	943

 
試根據表中及圖中數據計算N-H的鍵能         kJ·mol^－1。
（3）合成氨反應通常用鐵觸媒作催化劑。使用鐵觸媒后E₁和E₂的變化是：E₁               ，E₂______，
△H       (填“增大”、“減小”、“不變”)。
（4）用NH₃催化還原NO_X還可以消除氮氧化物的污染。例如
4NH₃(g)+3O₂(g)＝ 2N₂(g)+6H₂O(g) ；△H₁＝akJ·mol^-1
N₂(g)+O₂(g)＝2NO(g)；       △H₂＝bkJ/mol
若1mol NH₃還原NO至N₂，則該反應過程中的反應熱△H₃＝       kJ/mol（用含a、b的式子表示）。

Answer 1

（1）N₂(g)＋2H₂(g)2NH₃(g)△H＝－92kJ/mol
(2) 390   (3) 減小 減小 不變  (4) 

試題分析：（1）根據圖像可知，反應物總能量大于生成物總能量，應為放熱反應，生成1mol氨氣放出300kJ－254kJ＝46kJ熱量，則反應的熱化學方程式為N₂(g)＋2H₂(g)2NH₃(g)△H＝－92kJ/mol。
（2）反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，設N－H的鍵能為x，則943+3×435-6x＝-92，解得x＝390，故N－H的鍵能為390kJ。
（3）加入催化劑，反應物和生成物的活化能都降低，故答案為：減小；減小；但催化劑不能影響反應熱，所以該反應的△H不變。
（4）已知①4NH₃（g）+3O₂（g）＝2N₂（g）+6H₂O（g）  △H₁＝akJ/mol、②N₂（g）+O₂（g）＝2NO（g）△H₂＝bkJ/mol，利用蓋斯定律將（①－3×②）÷4即得到反應NH₃（g）+NO（g）＝N₂（g）+H₂O（g），所以該反應的反應熱△H₃＝kJ/mol。