Question

16．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Fe₂O₃的TiO₂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）+3/2O₂（g）△H=+765.0kJ•mol^?1
回答下列問題：
（1）請在圖一所示的坐標中，畫出上述反應在有催化劑和無催化劑兩種情況下的反應體系能量變化示意圖，并進行標注（標注出“反應物”、“生成物”、“有催化劑”、“無催化劑”）．
（2）目前工業(yè)合成氨的原理是：
N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高溫、高壓}$2NH₃（g）△H=-192.0kJ•mol^?1
①反應2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）的△H=-319.0 kJ•mol^?1．
②某條件下，在容積為2.0L的密閉容器中充入0.6mol N₂（g）和1.6mol H₂（g），經過2min反應達到平衡，此時NH₃的物質的量分數為4/7．則反應在2min內N₂的平均反應速率為0.1mol•L^-1•min^-1，該條件下H₂的平衡轉化率為75%，平衡常數K=200．
③670K、30Mpa下，n（N₂）和n（H₂）隨時間變化的關系如圖二所示，下列敘述正確的是AD．
A．a點的正反應速率比b點大
B．c點處反應達到平衡
C．d點（t₁時刻）和e點（t₂時刻）處n（N₂）不一樣
D．其它條件不變，773K下反應至t₁時刻，n（H₂）比圖二中d點的值大
（3）將反應得到的氨氣液化為液氨，已知液氨中存在著下列平衡：2NH_3?NH₄⁺+NH₂^-．科學家在液氨中加入氫氧化銫（CsOH）和特殊的吸水劑，使液氨中的NH₄⁺生成N₄分子，請寫出液氨與CsOH反應的化學方程式8NH₃+4CsOH=N₄+4CsNH₂+6H₂↑+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）催化劑通過改變反應的活化能，加快反應速率，不影響化學平衡移動的方向；
（2）①已知①N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+765.0kJ/mol．
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-192.0kJ/mol，利用蓋斯定律將$\frac{（②-①）×2}{3}$計算焓變；
②令參加反應的氮氣的物質的量為amol，利用三段式表示出各物質的變化量、平衡時物質的量，利用壓強之比等于物質的量之比列方程計算a，依據反應速率概念就是V=$\frac{△c}{△t}$，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，平衡常數等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積計算得到；
③根據圖象中圖象的變化來判斷個選項；
（3）根據液氨的電離產物和題目給出的反應物來推斷反應方程式．

解答 解：（1）加入催化劑可以降低反應的活化能，從而能夠降低反應的能量，同時又能加快反應速率，達到化學平衡的所需時間減小，但是不影響反應中的熱效應，有催化劑和無催化劑兩種情況下的反應體系能量變化示意圖為，故答案為：；
（2）①已知①N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+765.0kJ/mol．
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-192.0kJ/mol，利用蓋斯定律將$\frac{（②-①）×2}{3}$得2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）的△H=$\frac{（-192-765）×2}{3}$=-319.0kJ•mol^?1，
故答案為：-319.0；
②令參加反應的氮氣的物質的量為amol，則：
           N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
開始（mol）：0.6     1.6         0
轉化（mol）：a       3a          2a
平衡（mol）：0.6-a   1.6-3a      2a
故$\frac{2a}{0.6+1.6-2a}$=$\frac{4}{7}$，解得a=0.4
氮氣的反應速率=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{2min}$=0.1 mol•L^-1•min^-1；
氫氣的轉化率=$\frac{3×0.4}{1.6}$×100%=75%；
平衡常數K=$\frac{（\frac{0.8}{2}）{\;}^{2}}{\frac{0.2}{2}×（\frac{0.4}{2}）{\;}^{3}}$=200，
故答案為：0.1 mol•L^-1•min^-1； 75%；200；
③A．a、b、c三點均向正反應方向移動，故正反應速率大于逆反應速率，故A正確；
B．當兩種物質的物質的量不變時，達到化學平衡狀態(tài)，所以，c點未達平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．d、e均達到化學平衡狀態(tài)，故各物質的物質的量不再發(fā)生變化，故C錯誤；
D．△H＜0，反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，故773K時，n（H₂）大于圖中d點，故D正確；
故答案為：AD；
（3）因為Cs⁺是陽離子，必須要找陰離子配對，陰離子題目提示了，2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-，所以為：C_SNH₂．產物還有N₄、H₂O（因為用到了吸水劑），看元素組成，右邊H比較少，一般就是想到H₂，反應為8NH₃+4CsOH=N₄+4CsNH₂+6H₂↑+4H₂O，故答案為：8NH₃+4CsOH=N₄+4CsNH₂+6H₂↑+4H₂O．

點評 本題考查較綜合，涉及知識點較多，涉及通過圖象分析化學反應速率、化學平衡及計算、平衡常數的計算應用以及熱化學方程式和蓋斯定律計算等問題，主要是圖象分析判斷，平衡移動原理的理解應用，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，需要學生較強的觀察能力及思維能力，難度中等．