Question

【題目】合成氨技術的創立開辟了人工固氮的重要途徑，解決了億萬人口生存問題。

回答下列問題：

（1）科學家研究利用鐵觸媒催化合成氨的反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用“ad”表示。

由圖可知合成氨反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H=___kJmol-1。該歷程中速率最快的一步的活化能（E）為__kJmol-1。

（2）工業合成氨反應為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，當進料體積比V(N2)∶V(H2)=1∶3時，平衡氣體中NH3的物質的量分數隨溫度和壓強變化的關系如圖所示：

①500℃時，反應的平衡常數Kp(100MPa)__Kp(30MPa)。（填“＜”、“＝”、“＞”）

②500℃、30MPa時，氫氣的平衡轉化率為__（保留3位有效數字），Kp=__(MPa)-2（列出計算式）。

[Kp為平衡分壓代替平衡濃度計算求得的平衡常數（分壓=總壓×物質的量分數）]

（3）科學家利用電解法在常溫常壓下合成氨，工作時陰極區的微觀示意圖如圖，其中電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的惰性有機溶劑。

①陰極區生成NH3的電極反應式為___。

②下列說法正確的是__（填標號）。

A.該裝置用金(Au)作催化劑，目的是降低N2的鍵能

B.三氟甲磺酸鋰的作用是增強導電性

C.選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進入裝置

Answer 1

【答案】-92 17 = 33.3% N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O- BC

【解析】

（1）利用蓋斯定律，起點為氮氣和氫氣，終點為氨氣，計算反應焓變；

（2）根據平衡常數定律和公式進行計算；

（3）從圖上觀察，陰極區氮氣與乙醇反應生成氨氣和C2H5O-。

（1）由圖可知，合成氨反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的H=生成物總能量-反應物總能量=kJmol-1。該歷程中速率最快的反應，即吸熱最少的反應，活化能（E）為17kJmol-1。

（2）①由平衡常數定義可知，500℃時，溫度恒定，相同可逆反應，反應的平衡常數不變，Kp(100MPa) ＝Kp(30MPa)。

②500℃、30MPa時，氨氣的物質的量分數為20%，在恒溫恒壓時，物質的量之比與體積之比相同，即進料體積比V(N2)∶V(H2)=1∶3，可假設N2加入了1mol，H2加入了3mol，平衡轉化了xmol氮氣：

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

反應前 1 3 0

變化量 x 3x 2x

平衡時 1-x 3-3x 2x

氨氣的物質的量分數==20%。即x=mol，氫氣的平衡轉化率為=33.3%；平衡時，氮氣和氨氣的物質的量一致，即物質的量分數均為20%，氫氣為60%，Kp== (MPa)-2。

（3）①根據電解池原理，氮氣與乙醇得電子生成氨氣，陰極區生成NH3的電極反應式為N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-。

②A.該裝置用金(Au)作催化劑，目的是降低反應活化能，不能降低N2的鍵能，A錯誤；

B.從陰極反應看，三氟甲磺酸鋰并未參加反應，作用是增強導電性，B正確；

C.從圖中可知，選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進入裝置，C正確；

答案為BC。