Question

5．氮是地球上含量豐富的一種元素，“固氮”在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要作用，是幾百年來科學家一直研究的課題．表列舉了不同溫度下大氣固氮和工業(yè)固氮的部分K值．

反應	大氣固氮 N2（g）+O2（g）?2NO（g）		工業(yè)固氮 N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）
溫度/℃	27	2000	25	400	450
K	3.84×10-31	0.1	5×10-8	2×104	7×103

（1）①分析數(shù)據(jù)可知：大氣固氮反應屬于吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應．
②在一定溫度下，將一定足的N₂和O₂通入到體積為1L的密閉容器中，當“大氣固氮”反應達到平衡后，改變下列條件，能使平衡向正反應方向移動且平衡常數(shù)不變的是b．
a．增大壓強    b．增大反應物的濃度     c．使用催化劑   d．升高溫度
③從分子結構角度解釋“大氣固氮”和“工業(yè)固氮”反應的活化能都很高的原因：氮氣分子中N≡N鍵能很大，斷開N≡N需要吸收較高能量．
（2）分析表格數(shù)據(jù)可知“大氣固氮”的反應正向進行的程度小，不適合大規(guī)模生產(chǎn)，故世界各國均采用合成氨的方法進行工業(yè)固氮．
①從平衡移動角度考慮，工業(yè)固氮應該選擇常溫條件，但實際工業(yè)生產(chǎn)卻選擇500℃左右的高溫，解釋其原因從反應速率角度考慮，高溫更好，但從催化劑活性等綜合因素考慮選擇500℃左右合適．

②將0.1molN₂和0.1molH₂通入一容積可變的容器中進行工業(yè)固氮反應，則下圖所示N₂的平衡轉化率在不同壓強（P₁，P₂）下隨溫度變化的曲線正確的是A（填“A”或“B”）；比較P₁、P₂的大小關系 р₂＞р₁；若300℃、壓強P₂時達到平衡，容器容積恰為100L，則此狀態(tài)下反應的平衡常數(shù)K=1.3×l0⁵ （計算結果保留2位有效數(shù)字）．
③合成氨反應達到平衡后，t₁時刻氮氣濃度欲發(fā)生圖C變化可采取的措施是容器容積不變條件下移走適量氨氣，降低氨氣的濃度．
（3）近年近年，又有科學家提出在常溫、常壓、催化劑等條件下合成氨氣的新思路，
反應原理為：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），則其反應熱△H=+1530 kJ•mol^-1．
（已知：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₁=-92.4kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H₂=-571.6kJ•mol^-1 ）

Answer 1

分析 （1）①溫度越高，K越大，說明升高溫度，平衡正移；
②a．增大壓強，平衡不移動；    
b．增大反應物的濃度，平衡正向移動，但平衡常數(shù)不變；     
c．使用催化劑，平衡正向移動；
 d．升高溫度，平衡正向移動，平衡常數(shù)變大；
③從氮氣的分子結構分析解答；
（2）①合成氨反應中，在500℃左右催化劑活性最高；
②合成氨反應為放熱反應，升高溫度，轉化率減小；增大壓強平衡正向移動，轉化率增大；平衡常數(shù)等于平衡時生成物濃度冪之積比上反應物濃度冪之積，代入進行計算；
③由可知氨氣的濃度瞬間減小，所以應是容器容積不變條件下移走適量氨氣，降低氨氣的濃度；
（3）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由蓋斯定律：①×2-②×3得2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），據(jù)此分析．

解答 解：（1）①由表格數(shù)據(jù)可知，溫度越高，K越大，說明升高溫度，平衡正移，則正反應方向為吸熱反應，故答案為：吸熱；
②a．增大壓強，平衡不移動，不符合題意，故不選；    
b．增大反應物的濃度，平衡正向移動，但平衡常數(shù)不變，故選；     
c．使用催化劑，平衡正向移動，不符合題意，故不選；
 d．升高溫度，平衡正向移動，平衡常數(shù)變大，不符合題意，故不選；
故選b；
 ③氮氣分子中N≡N鍵能很大，斷開N≡N需要吸收較高能量，所以大氣固氮”和“工業(yè)固氮”反應的活化能都很高，故答案為：氮氣分子中N≡N鍵能很大，斷開N≡N需要吸收較高能量；
（2）①成氨反應中，反應溫度越高，反應速率越快，但是該反應為放熱反應，溫度高轉化率會降低，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：從反應速率角度考慮，高溫更好，但從催化劑活性等綜合因素考慮選擇500℃左右合適；
 ②合成氨反應為放熱反應，升高溫度，轉化率減小，所以圖A正確，B錯誤；該反應正方向為體積減小的方向，增大壓強平衡正向移動，轉化率增大，р₂的轉化率大，則р₂大；
      N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
c（初） 10^-3 10^-3              0     
c（變） 10^-4    3×10^-4 2×10^-4
c（平） 9×10^-4 7×10^-4 2×10^-4
，所以K=$\frac{（{2×1{0}^{-4}）}^{2}}{9×1{0}^{-4}×（7×1{0}^{-4}）^{3}}$=1.3×l0⁵，故答案為：A；р₂＞р₁；1.3×l0⁵；
③由可知氨氣的濃度瞬間減小，所以應是容器容積不變條件下移走適量氨氣，降低氨氣的濃度，故答案為：容器容積不變條件下移走適量氨氣，降低氨氣的濃度；
（3）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由蓋斯定律：①×2-②×3得2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），△H=（-92.4kJ•mol^-1）×2-（-571.6kJ•mol^-1）×3=+1530 kJ•mol^-1；
故答案為：+1530 kJ•mol^-1．

點評 本題考查了平衡常數(shù)的應用、合成氨反應的條件選擇、影響化學平衡的因素、電解原理的應用、蓋斯定律的應用等，題目難度中等，側重于基礎知識的綜合應用考查，注意把握K與溫度的關系以及影響化學平衡的因素．