氮的固定有三种途径:生物固氮、自然固氮和工业固氮。根据最新“人工固氮”的研究报道:在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水
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氮的固定有三种途径:生物固氮、自然固氮和工业固氮。根据最新“人工固氮”的研究报道:在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应,生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105 Pa、反应时间1 h):
T/K
| 303
| 313
| 323
| 353
| NH3生成量/(10-6 mol)
| 4.8
| 5.9
| 6.0
| 2.0
| 相应的化学方程式:2N2(g)+6H2O(l) 4NH3(g)+3O2(g)ΔH=a kJ·mol-1 回答下列问题: (1)此合成反应的a________0;ΔS________0,(填“>”、“<”或“=”) (2)已知:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92 .4 kJ·mol-1 2H2(g)+O2(g) ===2H2O(l) ΔH =-571.6 kJ·mol-1 则2N2(g)+6H2O(l)===4NH3(g)+3O2 (g) ΔH=________kJ·mol-1 (3)从323 K到353 K,氨气的生成量减少的可能原因_________________; (4)工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 .4 kJ·mol-1,分别研究在T1、T2和T3(T1<T2<T3)三种温度下合成氨气的规律。下图是上述三种温度下不同的H2和N2的起始组成比(起始时N2的物质的量均为1 mol)与N2平衡转化率的关系。请回答:
①在上述三种温度中,曲线X对应的温度是________。 ②a、b、c三点H2的转化率最小的是________点、转化率最大的是________点。 ③在容积为1.0 L的密闭容器中充入0.30 mol N2(g)和0.80 mol H2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为4/7。该条件下反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的平衡常数为________ 。 |
答案
⑴)> > (2)+1530 kJ·mol-1 (3)氨气在高温下被氧气氧化(或:在较高温度时催化剂活性降低,反应还没有达到平衡状态) (4)① T1 ②c b ③5.0×10-3 |
解析
(1)对于反应2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g) ΔH=a kJ·mol-1,温度越高,生成的氨气越多,则可逆反应为吸热反应,a为正值,该反应是气体体积增大的反应,故ΔS>0 ,(2) 可以用盖斯定律计算(4)①在图中画一条与纵轴平行的线段交X、Y、Z。反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)为放热反应,温度越高,N2(g)的转化率越低,故曲线X对应的温度是T1 ③ N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。 起始浓度(mol/L) 0.3 0.8 0 转化浓度(mol/L) x 3x 2x 平衡浓度(mol/L) 0.3-x 0.8-3x 2x 2x/( 0.3-x+0.8-3x+2x) =4/7 x= 0.2 2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的平衡常数 |
举一反三
碳、氮和铝的单质及其化合物在工农业生产和生活中有重要的作用。 (1)真空碳热还原—氯化法可实现由铝矿制备金属铝,其相关的热化学方程式如下: 2Al2O3(s)+2AlCl3(g)+6C(s)=6AlCl(g)+6CO(g) △H=a kJ·mol-1 3AlCl(g) =2Al(l)+AlCl3(g) △H=b kJ·mol-1 反应Al2O3(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g)的△H= kJ·mol-1(用含a、b的代数式表示); (2)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H="Q" kJ·mol-1在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
时间(mol/L) 浓度(mol/L)
| 0
| 10
| 20
| 30
| 40
| 50
| NO
| 1.00
| 0.68
| 0.50
| 0.50
| 0.60
| 0.60
| N2
| 0
| 0.16
| 0.25
| 0.25
| 0.30
| 0.30
| CO2
| 0
| 0.16
| 0.25
| 0.25
| 0.30
| 0.30
| ①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)= ,T1℃时,该反应的平衡常数K= ; ②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是 (填字母编号)。 a.通入一定量的NO b.加入一定量的活性炭 c.加入合适的催化剂 d.适当缩小容器的体积 ③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,则Q 0(填“>”或“<”)。 ④在恒容条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是 (填选项编号)。 a.单位时间内生成2n mol NO(g)的同时消耗n mol CO2(g) b.反应体系的温度不再发生改变 c.混合气体的密度不再发生改变 d.反应体系的压强不再发生改变 (3)铝电池性能优越,Al—Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如下图所示: 请写出该电池正极反应式 ;常温下,用该化学电源和惰性电极电解300ml硫酸铜溶液(过量),消耗27mg Al,则电解后溶液的pH= (不考虑溶液体积的变化)。 |
在一定条件下,反应N2+3H22NH3,在2L密闭容器中进行,5min内氨的质量增加了1.7g,则反应速率为A.v(H2)=0.03mol/(L·min) | B.v(N2)="0.005mol/(L·min)" | C.v(NH3)=0.17mol/(L·min) | D.v(NH3)=0.02mol/(L·min) |
|
下列各组金属与酸的反应,反应刚开始时,放出H2的速率最大的是( )
| 金属(粉末状)/mol
| 酸的浓度及体积
| 反应温度
| A
| Mg
| 0.1
| 3mol·L-1盐酸
| 10mL
| 25℃
| B
| Fe
| 0.1
| 3mol·L-1盐酸
| 10mL
| 25℃
| C
| Mg
| 0.1
| 3mol·L-1硫酸
| 10mL
| 25℃
| D
| Mg
| 0.1
| 6mol·L-1硝酸
| 10mL
| 60℃
|
|
一定条件下,体积为10L的密闭容器中,1molX和1molY进行反应: 2X(g)+Y(g) Z(g),经60s达到平衡,生成0.3molZ。下列说法正确的是( )A.反应进行60s时,X、Y、Z的浓度相等 | B.反应进行80s时,逆反应速率大于正反应速率 | C.以X浓度变化表示的反应速率为0.06mol/(L•min) | D.反应进行80s时,Y物质的量浓度为0.03mol/L |
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在一定温度下,将一定量的气体通入体积为2L的密闭容器中,使其发生反应,,有关物质X、Y、Z的物质的量的变化如图所示。则下列有关推断正确的是( )
A.该反应的化学方程式为: 3Z = 3X+2Y | B.t0时,X、Y、Z的质量不再改变 | C.t0时,Z的浓度为1.2 mol/L | D.t0时,反应停止,反应速率为0 |
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