Question

【題目】氨氣在工農業生產和國防科技中有著重要應用，科研工作者對其進行者廣泛研究。回答：

(1)某課題組實現了在常濕常壓下,以氮氣和液態水為原料制備氨氣同時有氧氣生成。

已知，在一定溫度和壓強下，由最穩定的單質生成1mol純物質的熱效應，稱為該物質的生成熱(△H)。常溫常壓下、相關物質的生成熱如下表所示:

物質	NH3(s)	H20(1)
△H/ kJ·mo1-1	-46	-242

上述合成氨反應的熱化學方程式為______________________。

(2)利用生物電池，以H2、N2為原料合成氨的裝置如下圖所示。

Q、R均為催化劑，據到示判斷，負極反應的催化劑為___(填“Q”或“R”)；正極的電極反應式為_______________。

(3)氨氣是工業制硝酸的主要原料之一，催化氧化步驟中發生的主要反應如下：

I.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H=-906kJ/mol

II.4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+ 6H2O(g)△H=-126kJ/mol

將固定比例NH3和O2的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器，反應產率與溫度的關系如圖1所示。

①催化氧化步驟中，最適宜的溫度為____(填“T1”或“T2”)。

②低于T1℃時，NO的產率較低的原因為_____。

③高于T2℃時，NO的產率降低的可能原因為_____(填選項字母)

A.催化劑活性降低 B.平衡常數減小 C.反應活化能增大 D.氨氣溶于水

④T2℃(T1>T2)時，向20L恒容密閉容器中充入2molNH3和2.75mo1O2，發生反應I.反應過程中各物質的物質的量的隨時間(t)變化關系如圖2所示。T2℃時，該反應的平衡常數K=_____；5min時，改變了某一外界條件，所改變的條件可能為__________。

Answer 1

【答案】 2N2(g)+6H2O(1)=3O2(g)+4NH3(g) △H=+1268kJ/mol Q N2+6H++6e-=2NH3 T2 溫度較低時，反應速率慢，同時部分反應物生成N2 AB 0.075 升高溫度或縮小容器容積

【解析】(1)由①N2+3H2=2NH3(g)此時熱效應是（-46）kJ/mol；②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)此時的熱效應（-242）kJ/mol；①合成氨反應的熱化學方程式為2N2(g)+6H2O(1)=3O2(g)+4NH3(g) △H=+1268kJ/mol

（2）根據原電池工作原理負極上失去電子，化合價升高，所以通氫氣的一端為負極，根據裝置圖Q為催化劑，通氮氣一極為正極，根據工作原理正極反應式為：N2+6H++6e-=2NH3。

(3) ①制硝酸用NH3和氧氣反應生成NO，NO與O2反應生成NO2, NO2與水反應生成硝酸。T2時NO的產率最高，因此最適宜的溫度是T2，

②低于T1℃時，反應速率慢，同時部分反應物轉化為N2造成NO的產率較低。

③A.催化劑活性受溫度影響，在一定溫度時催化劑催化效率最高，超過此溫度催化劑的活性降低了，故A正確； B.根據反應方程式生成NO是放熱反應，升高溫度，平衡逆向進行，平衡常數減小，故B正確；C.活化能的大小不影響平衡移動，故C錯誤； D.這里的水為氣態，所以氨氣溶于水是錯的。答案：A B 。

根據圖2,4min時達到平衡，c(NH3)=c(NO)=1/20mol.L-1,c(O2)=C(H2O)-1.5/20 mol.L-1,根據化學平衡表達式代入數據計算得K= 0.075

如果5min時氨氣和氧氣的物質的量增大，NO和H2O（g）的物質的量減小，說明改變這一條件平衡向逆反應方向移動，因為I.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H=-906kJ/mol為放熱反應，也是氣體體積增大的反應，所以可能是升高溫度或縮小容器容積。如果5min時氨氣和氧氣的物質的量減小，NO和H2O（g）的物質的量增大，說明改變這一條件平衡向正反應方向移動，所以可能是降低溫度或增大容器容積了。