Question

【題目】合成氨是人工固氮最重要的途徑，反應的熱化學方程式如下：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1。

（1）工業上有利于提高合成氨產率的條件有___。

A.低溫 B.高溫 C.低壓 D.高壓 E.催化劑

（2）關于合成氨的說法，正確的是__。

A.合成氨反應的ΔH和ΔS都小于零

B.控制在773K下反應，目的是加快反應速率和提高平衡轉化率

C.將NH3液化后移去，利于反應速率提高和平衡正向移動

D.原料氣須經過凈化處理，以防止催化劑中毒和事故發生

（3）若N2、H2的初始投入量分別為0.1mol、0.3mol，在恒容容器中反應，平衡后混合物中氨的體積分數(ψ)與溫度、壓強的關系如圖所示。

①比較p2、p3的大小：p2__p3（填“＞”“＜”或“＝”），其原因是__。

②比較平衡時A、B點對應的化學反應速率：VA(N2)__VB(N2)（填“＞”“＜”或“＝”）。

③若起始壓強為1×108Pa，則平衡時B點的壓強為___Pa。

（4）科學家發現，以H2O和N2為原料，熔融NaOH-KOH為電解質，納米Fe2O3作催化劑，在250℃和常壓下可實現電化學合成氨，陰極區發生的變化可按兩步進行。已知第一步的反應為：Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-，則第二步的反應方程式為___。

Answer 1

【答案】BDE AD ＞ 溫度相同時，增大壓強，化學平衡向正反應方向移動，平衡混合物中氨的體積分數增大 ＜ 6×107 2Fe+3H2O+N2=2NH3+Fe2O3

【解析】

（1）工業上有利于提高合成氨產率的條件從有利于提高單位時間里氨氣的產量這個角度來考慮；

（2）A. 從合成氨反應的熱化學反應方程式可以判斷ΔH和ΔS都小于零；

B. 從溫度對反應速率和平衡的影響來判斷；

C. 從減少生存物氨氣的濃度對反應速率和平衡的影響來判斷；

D. 從原料氣對于催化劑催化效能的影響以及會否引發事故的角度來判斷；

（3）①氨氣的體積分數不同的原因在壓強，通過相同溫度不同壓強下氨氣的體積分數大小，判斷平衡移動的方向，比較p2、p3的大小；

②平衡時A、B點對應的化學反應速率不同的原因主要是壓強、溫度，從壓強、溫度對反應速率的影響來判斷；

③若N2、H2的初始投入量分別為0.1mol、0.3mol，在恒容容器中反應，若起始壓強為1×108Pa，則計算平衡時B點的壓強，可通過壓強之比等于混合氣體總的物質的量之比來計算，用三段式計算平衡時混合氣體總的物質的量；

（4）陰極區發生還原反應，找出陰極總反應，已知第一步的反應為：Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-，納米Fe2O3作催化劑，首先轉化為鐵，則第二步的反應中要重新生成Fe，據此寫出第二步方程式；

（1）合成氨是氣體分子數減小的放熱反應，高壓有利于平衡右移，有利于提高產率，高溫雖然不利于氨的合成，但大大提高了合成氨的速率有利于提高產率，催化劑能極大地提高反應的速率，也有利于提高產率；

答案為：BDE；

（2）

A.合成氨是氣體分子數減小的放熱反應，故合成氨反應的ΔH和ΔS都小于零，說法正確；

B.在773K下反應，目的是保證催化劑的活性加快反應速率，不利于提高平衡轉化率，說法錯誤；

C.將NH3液化后移去，利于平衡正向移動，減少反應速率，說法錯誤；

D.原料氣假如不凈化，有雜質氣體，會引起催化劑中毒，假如含有毒氣體有可能發生安全事故，說法正確；

答案為：AD；

（3）①溫度相同時，增大壓強化學平衡向正反應方向移動，故平衡混合物中氨的體積分數越大壓強越大，由圖知p2下氨的體積分數大于p3下氨的體積分數；則p2＞p3

答案為：＞；

p2＞p3的原因：溫度相同時增大壓強化學平衡向正反應方向移動來；

答案為：溫度相同時，增大壓強，化學平衡向正反應方向移動，平衡混合物中氨的體積分數增大；

②溫度越大，壓強越大，反應速率越大，p1>p2，由圖可知，B對應的溫度、壓強大，則反應速率大；

答案為：＜；

③若N2、H2的初始投入量分別為0.1mol、0.3mol，在恒容容器中反應，若起始壓強為1×108Pa，

因為p始= 1×108Pa，所以p平= 6×107Pa；

答案為：6×107；

（4）陰極區發生還原反應，陰極總反應可表示為：N2+6e-+6H2O=2NH3+6OH-，已知第一步的反應為：Fe2O3+6e-+3H2O=2Fe+6OH-，納米Fe2O3作催化劑，首先轉化為鐵，則第二步的反應中要重新生成Fe，方程式為2Fe+3H2O+N2=2NH3+Fe2O3；

答案為：2Fe+3H2O+N2=2NH3+Fe2O3。