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人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉化為化合態(tài)的過程．
I．最近一些科學家研究采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）實驗氮的固定一電解法合成氨，大大提高了氮氣和氫氣的轉化率．
總反應式為：N₂（g）+3H₂（g） $數學公式$ 2NH₃（g）
則在電解法合成氨的過程中，應將H₂不斷地通入極（填“陰”或“陽”）；向另一電極通入N₂，該電極的反應式為．
II．據報道，在一定條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應，主要產物為NH₃，相應的反應方程式為：2N₂（g）+6H₂O（g）═4NH₃（g）+3O₂（g），△H=Q．
（1）上述反應的平衡常數表達式為．
（2）取五份等體積N₂和H₂O的混合氣體（物質的量之比均為1：3），分別加入體積相同的恒玉密閉容器中，在溫度不相同的情況下發(fā)生反應，反應相同時間后，測得氮氣的體積分數φ（N₂）與反應溫度T的關系曲線如圖（1）所示，則上述反應的Q0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）若上述反應在有人化劑的情況下發(fā)生，則如圖（2）所示的a、b、c、d四條曲線中，能表示反應體系能量變化的是（選填字母代號），圖（2）中△H的絕對值為1530kJ?mol^-1．
III．目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1．
回答下列問題：
（1）結合II中的數據，則：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）的△H=．

（2）在一定溫度下，將1mol N₂和3mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應，達到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質的量為2.8mol．
①達平衡時，H₂的轉化率α₁=．
②在相同條件下，若起始時只將NH₃置于該容器中，達到平衡狀態(tài)時NH₃的轉化率為α₂，當α₁+α₂=1時，則起始時NH₃的物質的量n（NH₃）mol．

解：Ⅰ．跟據總反應式：N₂+3H₂ $\text{[math]}$ 2NH₃，氫氣發(fā)生失電子的氧化反應，則在電解法合成氨的過程中，應將H₂不斷地通入陽極，在另一電極通入N₂，發(fā)生得電子的還原反應，即N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案為：陽；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
Ⅱ．（1）上述反應的平衡常數表達式為：K= $\text{[math]}$ ，故答案為： $\text{[math]}$ ；
（2）曲線的變化先增大后變�。覀冎罍囟壬叻磻俾始涌欤诖祟}中，反應相同時間，低溫下的兩點是未達到平衡的兩點，隨溫度的升高，氮氣的體積分數隨溫度升高而變大，曲線的最高點是某溫度下達到平衡的點，之后的兩點，皆是平衡后的氮氣的體積分數，且隨溫度升高而降低，則生成氮氣的反應是放熱反應，即此反應的正反應為吸熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；
（3）根據（2）的結論，反應是吸熱反應，應從c、d曲線中找答案，使用催化劑可以降低反應的活化能，因此應該選d，故答案為：d；
Ⅲ．（1）2N₂（g）+6H₂O（g）═4NH₃（g）+3O₂（g），△H=-1530kJ?mol^-1①
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1．②
②× $\text{[math]}$ -①× $\text{[math]}$ ，得：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=2/3×（-93 kJ?mol^-1）-1/3×1530 kJ?mol^-1=-572 kJ?mol^-1，故答案為：-572 kJ?mol^-1；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△n
1 3 2 2
1.8mol （4-2.8）mol
H₂的轉化率α₁為轉化率為 $\text{[math]}$ %=60%，故答案為：60%；
②根據題意可以判斷出是從正逆兩個方向建立的平衡，由此推斷出起始時NH₃的物質的量為2mol，所以起始時NH₃的物質的量2mol，故答案為：2．
分析：Ⅰ．在電解池中，陽極上發(fā)生失電子的氧化反應，陰極上發(fā)生得電子的還原反應，根據電解的總反應來書寫電極反應；
Ⅱ．（1）平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；
（2）曲線的變化先增大后變�。覀冎罍囟壬叻磻俾始涌欤诖祟}中，反應相同時間，低溫下的兩點是未達到平衡的兩點，隨溫度的升高，氮氣的體積分數隨溫度升高而變大，曲線的最高點是某溫度下達到平衡的點，之后的兩點，皆是平衡后的氮氣的體積分數，且隨溫度升高而降低，則生成氮氣的反應是放熱反應，即此反應的正反應為吸熱反應．
（3）根據（2）的結論，反應是吸熱反應，應從c、d曲線中找答案，使用催化劑可以降低反應的活化能；
Ⅲ．（1）根據蓋斯定律求出目標反應方程式，求出反應熱；
（2）根據差量法求出參加反應的H₂，然后求出轉化率；
（3）根據題意可以判斷出是從正逆兩個方向建立的平衡，由此推斷出起始時NH₃的物質的量為2mol．
點評：本題以人工固氮為載體來考查化學反應原理中的電化學、化學反應的熱效應、化學反應的限度（平衡態(tài)的建立、轉化率、化學平衡與反應熱），難度中等．

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相關習題

科目：高中化學 來源： 題型：閱讀理解

（2013?日照一模）人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉化為化合態(tài)的過程．
I．最近一些科學家研究采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）實驗氮的固定一電解法合成氨，大大提高了氮氣和氫氣的轉化率．
總反應式為：N₂（g）+3H₂（g）

通電

一定條件

2NH₃（g）
則在電解法合成氨的過程中，應將H₂不斷地通入

陽

極（填“陰”或“陽”）；向另一電極通入N₂，該電極的反應式為

N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃

．
II．據報道，在一定條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應，主要產物為NH₃，相應的反應方程式為：2N₂（g）+6H₂O（g）═4NH₃（g）+3O₂（g），△H=Q．
（1）上述反應的平衡常數表達式為

c4(NH3)?c3(O2)

c2(N2)?c6(H2O)

c4(NH3)?c3(O2)

c2(N2)?c6(H2O)

．
（2）取五份等體積N₂和H₂O的混合氣體（物質的量之比均為1：3），分別加入體積相同的恒玉密閉容器中，在溫度不相同的情況下發(fā)生反應，反應相同時間后，測得氮氣的體積分數φ（N₂）與反應溫度T的關系曲線如圖（1）所示，則上述反應的Q

＞

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）若上述反應在有人化劑的情況下發(fā)生，則如圖（2）所示的a、b、c、d四條曲線中，能表示反應體系能量變化的是

（選填字母代號），圖（2）中△H的絕對值為1530kJ?mol^-1．
III．目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1．
回答下列問題：
（1）結合II中的數據，則：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）的△H=

-570kJ?mol^-1

．

（2）在一定溫度下，將1mol N₂和3mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應，達到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質的量為2.8mol．
①達平衡時，H₂的轉化率α₁=

60%

．
②在相同條件下，若起始時只將NH₃置于該容器中，達到平衡狀態(tài)時NH₃的轉化率為α₂，當α₁+α₂=1時，則起始時NH₃的物質的量n（NH₃）

mol．

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科目：高中化學 來源： 題型：閱讀理解

人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉化為化合態(tài)的過程．據報道，常溫、常壓、光照條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應，生成的主要產物為NH₃，相應的熱化學方程式為：
N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+

O₂（g）△H=+765.0kJ/mol．
Ⅰ．請在如圖所示的坐標中畫出上述反應在有催化劑和無催化劑兩種情況下反應體系中的能量變化示意圖，并進行標注（包括△H）．

Ⅱ．目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol．
回答下列問題：
（1）氫氣的燃燒熱△H=

-286.0

kJ/mol．
（2）在恒溫恒容密閉容器中進行的合成氨反應，下列能表示達到平衡狀態(tài)的是

（填序號）．
a．混合氣體的壓強不再發(fā)生變化
b．混合氣體的密度不再發(fā)生變化
c．反應容器中N₂、NH₃的物質的量的比值不再發(fā)生變化
d．單位時間內斷開a個H-H鍵的同時形成3a個N-H鍵
e．三種物質的濃度比恰好等于化學方程式中各物質的化學計量數之比
（3）在恒溫恒容的密閉容器中，合成氨反應的各物質濃度變化曲線如圖所示．請回答下列問題：

①表示N₂ 的濃度變化的曲線是

（選填曲線代號“A”、“B”或“C”）．
②前25min 內，用H₂ 的濃度變化表示的化學反應平均速率是

0.12 mol?L^-1?min^-1

．
③在25min 末反應剛好達到平衡，則該溫度下反應的平衡常數K=

（計算結果可用分數表示）．
若升高溫度，該反應的平衡常數值將

減小

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）在第25min 末，保持其它條件不變，若升高反應溫度并設法保持該溫度不變，在第35min末再次達到平衡．平衡移動過程中H₂ 濃度變化了1.5mol?L^-1，請你在圖中畫出第25min～40min NH₃濃度變化曲線．
（5）在一定溫度下，將1mol N₂和3mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應，達到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質的量為2.8mol．
①達平衡時，H₂的轉化率α₁=

60%

．
②在相同條件下，若起始時只將NH₃置于該容器中，達到平衡狀態(tài)時NH₃的轉化率為α₂，當α₁+α₂=1時，則起始時n （NH₃）=

mol．

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科目：高中化學 來源：2013屆湖北省部分重點中學（天門中學等）高三上學期期中聯(lián)考化學試卷（帶解析） 題型：填空題

(17分)人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉化為化合態(tài)的過程。據報道,常溫、常壓、光照條件下,N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應，生成的主要產物為NH₃，相應的熱化學方程式為：N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g) △H="+765.0kJ" /mol。
Ⅰ．請在下圖所示的坐標中畫出上述反應在有催化劑和無催化劑兩種情況下反應體系中的能量變化示意圖，并進行標注(包括△H)。

Ⅱ．目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H=－93.0kJ /mol。
回答下列問題：
(1)氫氣的燃燒熱△H=_______________kJ/mol。
(2)在恒溫恒容密閉容器中進行的合成氨反應，下列能表示達到平衡狀態(tài)的是_______(填序號)。
a．混合氣體的壓強不再發(fā)生變化
b．混合氣體的密度不再發(fā)生變化
c．反應容器中N₂、NH₃的物質的量的比值不再發(fā)生變化
d．單位時間內斷開a個H－H鍵的同時形成3 a個N－H鍵
e．三種物質的濃度比恰好等于化學方程式中各物質的化學計量數之比
(3)在恒溫恒容的密閉容器中，合成氨反應的各物質濃度變化曲線如下圖所示。請回答下列問題：

① 表示N₂的濃度變化的曲線是              (選填曲線代號“A”、“B”或“C”)。
② 前25 min 內，用H₂的濃度變化表示的化學反應平均速率是            。
③在25 min 末反應剛好達到平衡，則該溫度下反應的平衡常數K =        (計算結果可用分數表示)。若升高溫度，該反應的平衡常數值將_______(填“增大”、“減小”或“不變”)。
(4)在第25 min 末，保持其它條件不變，若升高反應溫度并設法保持該溫度不變，在第35 min末再次達到平衡。平衡移動過程中H₂濃度變化了1.5 mol·L^－1，請你在圖中畫出第25 min ～ 40 min NH₃濃度變化曲線。
(5)在一定溫度下，將1 mol N₂和3 mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應，達到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質的量為2.8 mol 。
①達平衡時，H₂的轉化率α₁= ____________。
②在相同條件下，若起始時只將NH₃置于該容器中，達到平衡狀態(tài)時NH₃的轉化率為α₂，當α₁+ α₂=1時，則起始時n (NH₃)= ________mol。

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科目：高中化學 來源：2012-2013學年山東省日照市高三第一次模擬考試理綜化學試卷（解析版） 題型：填空題

人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉化為化合態(tài)的過程。

I.最近一些科學家研究采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）實驗氮的固定一電解法合成氨，大大提高了氮氣和氫氣的轉化率�？偡磻綖椋篘₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)，則在電解法合成氨的過程中，應將H₂不斷地通入_________極（填“陰”或“陽”）；向另一電極通入N₂，該電極的反應式為__________________________。

II.據報道，在一定條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應，主要產物為NH₃，相應的反應方程式為：2N₂(g)＋6H₂O(g)4NH₃(g)＋3O₂(g) △H＝Q。

（1）上述反應的平衡常數表達式為_______________。

（2）取五份等體積N₂和H₂O的混合氣體（物質的量之比均為1：3），分別加入體積相同的恒容密閉容器中，在溫度不相同的情況下發(fā)生反應，反應相同時間后，測得氮氣的體積分數與反應溫度T的關系曲線如圖所示，則上述反應的Q________0（填“＞”、“＜”或“=”）。

（3）若上述反應在有催化劑的情況下發(fā)生，則下圖所示的a、b、c、d四條曲線中，能表示反應體系能量變化的是_______（選填字母代號），圖中△H的絕對值為1530kJ·mol^-1。

III.目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g) △H＝－93.0kJ/mol。

回答下列問題：

（1）結合II中的數據，則O₂(g)＋2H₂(g)＝2H₂O(g)的△H＝______________。

（2）在一定溫度下，將1molN₂和3mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應，達到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質的量為2.8mol。

①達平衡時，H₂的轉化率α₁＝______________。

②在相同條件下，若起始時只將NH₃置于該容器中，達到平衡狀態(tài)時NH₃的轉化率為α₂，當α₁＋α₂＝1時，則起始時NH₃的物質的量n(NH₃)＝_____________mol。

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科目：高中化學 來源：2012-2013學年山東省聊城市高三下學期期初考試化學試卷（解析版） 題型：填空題

人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉化為化合態(tài)的過程。據報道,常溫、常壓、光照條件下,N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應，生成的主要產物為NH₃，相應的熱化學方程式為：N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g) △H="+765.0kJ" /mol。