Question

【題目】合成氨對人類生存具有重大意義，反應為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H

(1)科學家研究在催化劑表面合成氨的反應機理，反應步驟與能量的關系如圖所示(吸附在催化劑表面的微粒用*標注，省略了反應過程中部分微粒)。

① NH3的電子式是_______。

② 寫出步驟c的化學方程式_______。

③ 由圖像可知合成氨反應的H______0(填“＞”、“＜”或“＝”)。

(2)傳統(tǒng)合成氨工藝是將N2和H2在高溫、高壓條件下發(fā)生反應。若向容積為1.0 L的反應容器中投入5 mol N2、15 mol H2，在不同溫度下分別達平衡時，混合氣中NH3的質量分數(shù)隨壓強變化的曲線如圖所示：

① 溫度T1、T2、T3大小關系是_______。

② M點的平衡常數(shù) K = _______(可用分數(shù)表示)。

(3)目前科學家利用生物燃料電池原理(電池工作時MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子)，研究室溫下合成氨并取得初步成果，示意圖如下：

① 導線中電子移動方向是_______。

② 固氮酶區(qū)域發(fā)生反應的離子方程式是_______。

③ 相比傳統(tǒng)工業(yè)合成氨，該方法的優(yōu)點有_______。

Answer 1

【答案】 *NNH + H2*N + NH3 ＜ T1＜ T2 ＜ T3 7.32×10-3 a → b N2 + 6H+ + 6 MV+ = 2NH3 + 6 MV2+ 條件溫和、生成氨的同時釋放電能

【解析】

（1）①根據(jù)氨氣的中心原子N，最外層有5個電子，與三個氫原子形成三對共用電子對，還剩一對孤對電子，得到電子式；

②根據(jù)圖像，寫出化學方程式；

③能量值是降低的，故反應放熱，可以判斷H的大小；

(2)合成氨的反應放熱，升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，根據(jù)圖像，在相同的壓強下，溫度越高，氨氣的質量分數(shù)越小，可以得到T1、T2、T3大小關系；根據(jù)M點氨氣的質量分數(shù)，利用三段式求出M點的化學平衡常數(shù)；

(3)生物燃料電池的工作原理是N2+3H22NH3，其中N2在正極區(qū)得電子發(fā)生還原反應，H2在負極區(qū)失電子發(fā)生氧化反應，原電池工作時陽離子向正極區(qū)移動，據(jù)此分析判斷。

（1）①根據(jù)氨氣的中心原子N，最外層有5個電子，與三個氫原子形成三對共用電子對，還剩一對孤對電子，得到電子式，

故答案為：；

②根據(jù)圖像，化學方程式：*NNH + H2*N + NH3，

故答案為：*NNH + H2*N + NH3；

③能量值是降低的，故反應放熱，可以判斷H<0，

故答案為：＜；

(2) ①合成氨的反應放熱，升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，根據(jù)圖像，在相同的壓強下，溫度越高，氨氣的質量分數(shù)越小，故溫度T1＜ T2 ＜ T3，

故答案為：T1＜ T2 ＜ T3；

②設變化的氮氣的物質的量濃度為x

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

開始 5 15 0

變化 x 3x 2x

平衡 5-x 15-3x 2x

M點氨氣的質量分數(shù)為40%，

則×100%=40%，解得x =2，

故K===7.32×10-3，

故答案為：7.32×10-3；

(3) ①根據(jù)圖示，a極區(qū)，氫氣被氧化為氫離子，故MV+→MV2+被氧化，因此a為負極，b為正極，導線中電子移動方向是a → b，

故答案為：a → b；

② 根據(jù)圖示，固氮酶區(qū)域發(fā)生反應為氮氣和MV+反應生成氨氣和MV2+，根據(jù)氧化還原反應規(guī)律，該離子方程式N2+6H++6MV+=2NH3+6MV2+，

故答案為：N2+6H++6MV+=2NH3+6MV2+；

③傳統(tǒng)工業(yè)合成氨反應條件為高溫、高壓、催化劑，反應條件苛刻，該方法制取氨氣條件溫和、生成氨的同時釋放電能，

故答案為：條件溫和、生成氨的同時釋放電能。