Question

德国人哈伯在1909年发明的合成氨反应原理为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  已知298K时：△H=-92.4kJ?mol^-1试回答下列问题：
（1）在298K时，将10mol N₂和30mol H₂放入合成塔中，为何放出的热量小于924kJ？    ．
（2）如图一在一定条件下，将1mol N₂与3mol H₂混合于一个10L密闭容器中，反应达到A平衡时，混合气体中氨占25%，试回答：
①N₂的转化率α_A为    ．
②在状态A时，平衡常数K_A=    （代入数值的表达式，不写出具体数值）当温度由T₁变化到T₂时，K_A    K_B（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）图二是实验室模拟工业法合成氨的简易装置．简述检验有氨气生成的方法    ．在1998年希腊亚里斯多德大学的Marmellos和Stoukides采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺），实现了高温常压下高转化率的电化学合成氨．其实验装置如图．阴极的电极反应式    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）可逆反应不能完全反应；
（2）令参加反应的氮气的物质的量为nmol，结合根据三段式用n表示出各组分的物质的量的变化量，平衡时各组分的物质的量，结合混合气体中氨占25%，列方程求出n的值；
①根据转化率的定义计算；
②平衡常数指生成物浓度的系数次幂之积与反应物浓度系数次幂之积的比值，k=，
该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应进行，平衡常数k减小；
（3）氨气是碱性气体，湿润的红色石蕊试纸检验；
阴极发生还原反应，氮气在阴极上放电，与氢离子结合生成氨气．
解答：解：（1）该反应为可逆反应，10mol N₂和30mol H₂不可能完全反应，所以放出的热量小于10×10×92.4kJ=924kJ，
故答案为：该反应为可逆反应，10mol N₂和30mol H₂不可能完全反应，所以放出的热量小于10×10×92.4kJ=924kJ；
（2）对于反应N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）
开始（mol）：1        3                    0
变化（mol）：n        3n                   2n
平衡（mol）：1-n      3-3n                 2n
所以×100%=25%，解得n=0.4，
①由上述计算可知，参加反应的氮气的物质的量为0.4mol，所以氮气的转化率为×100%=40%，故答案为：40%；
②由上述计算可知，平衡时 N₂0.6mol、浓度为=0.06mol/L，H₂1.8mol、浓度为=0.18mol/L，NH₃0.8mol、浓度为=0.08mol/L，
所以k==；
该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应进行，平衡常数k减小，即K_A＞K_B，
故答案为：；＞；
（3）用湿润的红色石蕊试纸放在导管口处，若试纸变蓝，说明有氨气生成； 
阴极发生还原反应，氮气在阴极上放电，与氢离子结合生成氨气，电极反应式为N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
故答案为：用湿润的红色石蕊试纸放在导管口处，若试纸变蓝，说明有氨气生成； N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
点评：本题考查化学平衡计算、电化学等，难度中等，旨在考查学生对知识的掌握与运用，加强基础知识的掌握理解．