Question

18．氮的固定是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程．
Ⅰ．（1）在容积固定且为2L的密闭容器中进行反应：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
恒温条件下，体系中某两种物质的物质的量随时间关系如图1，回答下列问题：
用H₂表示15分钟内的反应速率为v（H₂）=0.02mol/（L•min）．
（2）实验室制取氨气的化学反应方程式：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O．
Ⅱ．自然界里氮的固定途径之一是在闪电的作用下，N₂与O₂反应生成NO．
（1）反应需要在闪电或极高温条件下发生，说明该反应A．（填字母）
A．所需的活化能很高            B．吸收的能量很多
（2）在不同温度下，反应N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的平衡常数K如下表：

温度/℃	1538	1760	2404
平衡常数K	0.86×10-4	2.6×10-4	64×10-4

该反应的△H＞0．（填“＞”、“=”或“＜”）
Ⅲ．最近一些科学家研究用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）实现氮的固定--电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率．总反应式为：N₂+3H₂$?_{一定条件}^{SCT陶瓷}$2NH₃，则在电解法合成氨的过程中，应将H₂不断地通入阳极（填“阴”或“阳”），向另一电极通入N₂，该电极的反应式为N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．
Ⅳ．据报道，在一定条件下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH₃，相应的反应方程式为：2N₂（g）+6H₂O （g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=Q kJ/mol
（1）上述反应的平衡常数表达式为$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$．
（2）取五份等体积N₂和H₂O的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入体积相同的恒容密闭容器中，在温度不同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氨气的体积分数φ（N₂）与反应温度T的关系曲线如图2所示，则上述反应的Q＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）a变化0.2mol，b变化0.4mol，二者物质的量之比为1：2，则a为氮气、b为氨气，由方程式可知氢气变化量为0.2mol×3=0.6mol，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
（2）实验室用氯化铵与熟石灰制备氨气，反应生成氯化钙、氨气与水；
Ⅱ．（1）闪电或者高温，主要是提供能量给N₂分子，让其破坏变成氮原子，因此，只能说明引发反应所需要的能量高即活化能，不能说明反应吸收的能量高；
（2）由表中数据可知，随温度升高平衡常数增大，说明升高温度平衡向正反应方向移动；
Ⅲ．总反应式为：N₂+3H₂?2NH₃，在电解法合成氨的过程中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，在阳极通入H₂，氮气通入阴极，氮气得电子发生还原反应，与通过质子交换膜的氢离子结合生成氨气；
Ⅳ．（1）平衡常数指生成物平衡浓度化学计量数幂乘积与反应物平衡浓度化学计量数幂乘积的比；
（2）反应相同时间，低温下的两点是未达到平衡的两点，随温度的升高，氮气的体积分数增大，曲线的最高点是某温度下达到平衡的点，之后的两点，皆是平衡后的氮气的体积分数，且随温度升高而降低，平衡向逆反应移动，则正反应为放热反应．

解答 解：Ⅰ．（1）a变化0.2mol，b变化0.4mol，二者物质的量之比为1：2，则a为氮气、b为氨气，由方程式可知氢气变化量为0.2mol×3=0.6mol，则15分钟内的反应速率为v（H₂）=$\frac{\frac{0.6mol}{2L}}{15min}$=0.02mol/（L•min），
故答案为：0.02mol/（L•min）；
（2）实验室用氯化铵与熟石灰制备氨气，反应生成氯化钙、氨气与水，反应方程式为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
Ⅱ．（1）闪电或者高温，主要是提供能量给N₂分子，让其破坏变成氮原子，因此，只能说明引发反应所需要的能量高即活化能，不能说明反应吸收的能量高，
故答案为：A；
（2）在不同温度下，反应N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的平衡常数K随温度升高增大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，所以正反应方向是吸热反应，△H＞0，
故答案为：＞；
Ⅲ．总反应式为：N₂+3H₂?2NH₃，在电解法合成氨的过程中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，在阳极通入H₂，氮气通入阴极，氮气得电子发生还原反应，与通过质子交换膜的氢离子结合生成氨气，电极反应式为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案为：阳极；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
Ⅳ．（1）2N₂（g）+6H₂O （g）?4NH₃（g）+3O₂（g）平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$，
故答案为：$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$；
（2）反应相同时间，低温下的两点是未达到平衡的两点，随温度的升高，氮气的体积分数增大，曲线的最高点是某温度下达到平衡的点，之后的两点，皆是平衡后的氮气的体积分数，且随温度升高而降低，平衡向逆反应移动，则正反应为放热反应，即Q＜0，
故答案为：＜．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率计算、化学平衡常数、电解原理应用等，侧重考查学生分析解决问题的能力，难度中等．