Question

【題目】地球上的氮元素對(duì)動(dòng)植物有重要作用，其中氨的合成與應(yīng)用是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

（1）不同溫度下工業(yè)合成氨N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反應(yīng)的部分K值如下表。

溫度/℃	25	400	450
K	5×108	0.507	0.152

①工業(yè)合成氨反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=___。

②請(qǐng)結(jié)合平衡常數(shù)解釋，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)的理由___。

③從平衡視角考慮，工業(yè)固氮應(yīng)該選擇常溫條件，但實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)卻選擇500℃左右的高溫，解釋其原因___。

（2）科學(xué)家利用電解法在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)合成氨，工作時(shí)陰極區(qū)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(jī)溶劑。

①陰極區(qū)生成NH3的電極方程式為___。

②下列說法不正確的是___（填字母序號(hào)）。

a.三氟甲磺酸鋰的作用是增強(qiáng)導(dǎo)電性

b.該裝置用金(Au)作催化劑目的是降低N2的鍵能

c.選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進(jìn)入裝置

Answer 1

【答案】 隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)逆向?yàn)槲鼰岱磻?yīng) 從速率角度考慮，高溫更好；從催化劑角度考慮，500℃左右催化劑活性更高 N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O- b

【解析】

1）①化學(xué)平衡常數(shù)是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度的冪之積的比值；

②升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，由表格數(shù)據(jù)可知，升高溫度，合成氨反應(yīng)平衡常數(shù)減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；

③合成氨反應(yīng)中，反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)速率越快，但是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度高轉(zhuǎn)化率會(huì)降低，而且在500℃左右催化劑活性最高，所以從催化劑活性等綜合因素考慮選擇500℃左右合適；

（2）①由陰極區(qū)的微觀示意圖可知，陰極上N2轉(zhuǎn)化為NH3，C2H5OH轉(zhuǎn)化為C2H5O-離子，說明N2在C2H5OH作用下，在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3；

②a. 電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的惰性有機(jī)溶劑，三氟甲磺酸鋰是離子化合物，能提供離子；

b.催化劑能降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，不能降低反應(yīng)物的鍵能；

c.由圖可知，水在選擇性透過膜的上方。

（1）①化學(xué)平衡常數(shù)是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，則工業(yè)合成氨反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=，故答案為：；

②升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，由表格數(shù)據(jù)可知，升高溫度，合成氨反應(yīng)平衡常數(shù)減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)逆向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)；

③合成氨反應(yīng)中，反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)速率越快，但是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度高轉(zhuǎn)化率會(huì)降低，而且在500℃左右催化劑活性最高，所以從催化劑活性等綜合因素考慮選擇500℃左右合適，故答案為：從速率角度考慮，高溫更好；從催化劑角度考慮，500℃左右催化劑活性更高；

（2）①由陰極區(qū)的微觀示意圖可知，陰極上N2轉(zhuǎn)化為NH3，C2H5OH轉(zhuǎn)化為C2H5O-離子，說明N2在C2H5OH作用下，在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3，電極反應(yīng)式為N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-，故答案為：N2+6e-+6C2H5OH=2NH3+6C2H5O-；

②a. 電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的惰性有機(jī)溶劑，三氟甲磺酸鋰是離子化合物，能提供離子，增強(qiáng)電解液的導(dǎo)電性，故a正確；

b.催化劑能降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，不能降低反應(yīng)物的鍵能，該裝置用金(Au)作催化劑目的是降低N2的活化能， 故b錯(cuò)誤；

c.由圖可知，水在選擇性透過膜的上方，說明選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進(jìn)入裝置，故c正確；

故答案為：b。