Question

（2008?廣東）科學(xué)家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法．曾有實(shí)驗(yàn)報(bào)道：在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH₃．進(jìn)一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表（光照、N₂壓力1.0×10⁵Pa、反應(yīng)時(shí)間3h）：

T/K	303	313	323	353
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

相應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：N₂（g）+3H₂O（1）═2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H₁=+765.2kJ?mol^-1
回答下列問題：
（1）請(qǐng)?jiān)诖痤}卡的坐標(biāo)圖中，畫出上述反應(yīng)在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應(yīng)過程中體系能量變化示意圖，并進(jìn)行必要標(biāo)注．
（2）與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應(yīng)速率慢．請(qǐng)?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH₃生成量的建議：

適當(dāng)增大壓強(qiáng)、研究新催化劑

．
（3）工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）．設(shè)在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60mol N₂（g）和1.60molH₂（g），反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡時(shí)，NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)（NH₃的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總的物質(zhì)的量之比）為

4

7

．計(jì)算
①該條件下N₂的平衡轉(zhuǎn)化率；
②該條件下反應(yīng)2NH₃（g）N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)．

Answer 1

分析：（1）催化劑是通過降低反應(yīng)的活化能來加快化學(xué)反應(yīng)速率的；
（2）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來回答；
（3）利用化學(xué)平衡“三行計(jì)算”來分析計(jì)算．

解答：解：（1）催化劑是通過降低反應(yīng)的活化能來加快化學(xué)反應(yīng)速率的，使用催化劑后，活化能降低，故答案為：；
（2）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素：溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑等外界因素，結(jié)合目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法，可以采用增大壓強(qiáng)的方法，此外還可以尋找高效的催化劑，
故答案為：適當(dāng)增大壓強(qiáng)、研究新催化劑；
（3）①設(shè)平衡時(shí)有x molN₂轉(zhuǎn)化      N₂（g）+3H₂（g）） 2NH₃（g）
                   起始物質(zhì)的量：0.6mol        1.6mol               0
                  變化的物質(zhì)的量：x              3x               2x
                   平衡物質(zhì)的量：（0.6-x）mol  （1.6-3x）mol      2x mol
則有：

2xmol

(2.2-2x)mol

=

4

7

    解得：x=0.4（mol） 
故N₂的平衡轉(zhuǎn)化率：

0.4mol

0.6mol

=

2

3

②由①可知，N₂、H₂、NH₃平衡時(shí)的物質(zhì)的量分別為：0.2mol、0.4mol、0.8mol，
在2.0L容器中濃度分別為：0.1mol/L、0.2mol/L、0.4mol/L，
K=

c(N2)?c3(H2)

c2(NH3)

=

0.1mol/L×(0.2mol/L)3

(0.4mol/L)2

=5.0×10^-3mol²/L²，
答：該條件下N₂的平衡轉(zhuǎn)化率為

2

3

；該條件下反應(yīng)2NH₃（g）N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)為5.0×10^-3mol²/L²．

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率的有關(guān)知識(shí)，綜合性較強(qiáng)，難度較大．