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    科学家一直致力研究常温、常压下“人工固氮”的新方法．曾有实验报道：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，反应的化学方程式如下：N2（g）+3H2O（l）?2NH3（g）+O2（g）．回答下列问题：
    （1）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1.0×105Pa、反应时间3h），则该反应的正反应为______反应（填“吸热”或“放热”）
    T/K303313323
    NH3生成量/（10-6mol）4.85.96.0
    （2）与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢．请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议：______．
    （3）合成氨工业中原料气N2可从空气中分离得到，H2可用甲烷在高温下与水蒸气反应制得．甲烷在高温下与水蒸气反应反应方程式为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）．部分物质的燃烧热数据如下：
    H2（g）：△H=-285.8kJ?mol-1；
    CO（g）：△H=-283.0kJ?mol-1；
    CH4（g）：△H=-890.3kJ?mol-1．
    已知1mol H2O（g）转变为1mol H2O（l）时放出44.0kJ热量．写出CH4和H2O在高温下反应的热化学方程式______．
    （4）有人设想寻求适合的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl--NH4Cl为电解质溶液制成新型燃料电池，请写出该电极的正极反应式______．
    （5）生成的NH3可用于制铵态氮肥，如（NH4）2SO4、NH4Cl，这些肥料显______性，原因是（用离子方程式表示）______，使用时避免与______物质合施．
    【答案】分析：（1）温度升高，NH3生成量增大，说明平衡向正反应方向移动；
    （2）根据影响化学反应速率以及平衡移动的因素分析；
    （3）利用盖斯定力计算反应热；
    （4）以N2、H2为电极反应物，以HCl--NH4Cl为电解质溶液制成新型燃料电池，正极发生还原反应，N2得电子生成NH4+；
    （5）（NH4）2SO4、NH4Cl等为强酸弱碱盐，水解呈酸性．
    解答：解：（1）温度升高，NH3生成量增大，说明平衡向正反应方向移动，则正反应应为吸热反应，故答案为：吸热；
    （2）该反应正反应是吸热反应，升高温度，使化学平衡向正反应方向移动，从而增大NH3生成量，升高温度也能提高反应速率；增大反应N2浓度，加快反应速率，并使化学平衡向右移动；不断移出生成物脱离反应体系，使平衡向右移动，增大NH3生成量，
    故答案为：升高温度、增大N2的浓度；
    （3）由表中数据可知：①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJ?mol-1，
    ②CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=-283.0 kJ?mol-1，
    ③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3 kJ?mol-1，
    ④H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ?mol-1，
    利用盖斯定律，将③+④-①×3-②可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ?mol-1，
    故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ?mol-1；
    （4）原电池正极发生还原反应，N2得电子生成NH4+，电极反应式为N2+6e-+8H+=2NH4+，故答案为：N2+8H++6e-=2NH4+；
    （5）（NH4）2SO4、NH4Cl等为强酸弱碱盐，水解呈酸性，在溶液中发生：NH4++H2ONH3H2O+H+，在使用时要避免与碱性物质混合使用，防止降低肥效，
    故答案为：酸；NH4++H2ONH3H2O+H+；碱性．
    点评：本题考查较为综合，涉及化学平衡，化学反应与能量以及电化学知识，题目难度较大，本题注意电极反应式的书写，注意利用盖斯定律计算反应热的方法．
    练习册系列答案
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    科目：高中化学 来源： 题型：

    科学家一直致力于“人工固氨”的新方法研究．目前合成氨技术原理为：
    N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）+92.4kJ/mol
    673K，30MPa下，上述合成氨反应中n（NH3）和n（H2）随时间变化的关系如图1所示．

    （1）下列叙述正确的是
    AC
    AC

    A．点a的正反应速率比点b的大
    B．点c处反应达到平衡
    C．点d和点e处的n （N2）相同
    D．773K，30MPa 下，反应至t2时刻达到平衡，则n（NH3）比图中e点的值大
    （2）在容积为2.0L恒容得密闭容器中充入0.80mol N2（g）和1.60mol H2（g），673K、30MPa下达到平衡时，NH3的体积分数为20%．该条件下，N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）的平衡常数值为：
    1.07
    1.07
    ．
    （3）K值越大，表明反应达到平衡时
    C
    C
    ．
    A．H2的转化率一定越高    B．NH3的产量一定越大    C．正反应进行得越完全    D．化学反应速率越大
    （4）1998年希腊亚里斯多德大学的两位科学家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解合成氨．其实验装置如图2．阳极的电极反应为：H2-2e→2H+，则阴极的电极反应为：
    N2+6H++6e-=2NH3
    N2+6H++6e-=2NH3
    ．

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    科目：高中化学 来源： 题型：阅读理解

    （2011?门头沟区模拟）科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究．
    （1）目前合成氨的技术原理为：（g）+3H2（g）?2NH3（g）；△H=-92.4kJ/molN2
    该反应的能量变化如图1所示．
    ①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E2的变化是：
    减小
    减小
    ．（填“增大”、“减小”或“不变”）．
    ②将一定量的N2（g）和H2（g）放入1L的密闭容器中，在500℃、2×107Pa下达到平衡，测得N2为0.1mol，H2为0.3mol，NH3为0.1mol．该条件下H2的转化率为
    33.3%
    33.3%
    ．
    ③欲提高②容器中H2的转化率，下列措施可行的是
    AD
    AD
    ．
    A．向容器中按原比例再充入原料气
    B．向容器中再充入惰性气体
    C．改变反应的催化剂
    D．液化生成物分离出氨
    （2）1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传导H+），从而实现了高转化率的电解法合成氨．其实验装置如图2所示．阴极的电极反应式为
    N2+6H++6e-=2NH3
    N2+6H++6e-=2NH3
    ．
    （3）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和TiO2）表面与水发生下列反应：2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g）；△H=a kJ/mol
    进一步研究NH3生成量与温度关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下：
    T/K 303 313 323
    NH3生成量/（10-6mol） 4.8 5.9 6.0
    ①此合成反应的a
    大于
    大于
    0．（填“大于”、“小于”或“等于”）
    N2（g）+3H2（g）2NH3（g）；△H=-92.4kJ/mol
    ②已知
    O2（g）+2H2（g）2H2O（l）；△H=-571.6kJ/mol则2N2（g）+6H2O（l）4NH3（g）+3O2（g）；△H=
    kJ/mol
    （4）NH4Cl溶液呈酸性，这是由于N
    H
    +
    4
    水解的缘故．则NH4Cl在重水（D2O）中水解的离子方程式是
    NH4++D2O?NH3?HDO+D+
    NH4++D2O?NH3?HDO+D+
    ．

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    科目：高中化学 来源：2012-2013学年上海市青浦区高考一模化学试卷（解析版） 题型：填空题

    科学家一直致力于“人工固氨”的新方法研究。目前合成氨技术原理为：

    N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)+92.4 kJ/mol

    673K，30MPa下，上述合成氨反应中n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如右图所示。

    （1）下列叙述正确的是(  )

    A．点a的正反应速率比点b的大

    B．点c处反应达到平衡

    C．点d和点e处的n (N2)相同

    D．773K，30MPa 下，反应至t2时刻达到平衡，则n(NH3)比图中e点的值大

    （2）在容积为2.0 L恒容得密闭容器中充入0.80 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，673K、30MPa下达到平衡时，NH3的体积分数为20%。该条件下，N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数值为：_____________。

    （3）K值越大，表明反应达到平衡时(    )。

    A. H2的转化率一定越高    B．NH3的产量一定越大

    C．正反应进行得越完全    D．化学反应速率越大

    （4）1998年希腊亚里斯多德大学的两位科学家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解合成氨。其实验装置如图。阳极的电极反应为：H2-2e2H+，则阴极的电极反应为：_____________。

     

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    科目：高中化学 来源：2014届黑龙江省高一下学期期末考试化学试卷（解析版） 题型：填空题

    (7分) 科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究。

    ⑴目前合成氨的技术原理为：

    该反应的能量变化如图所示。

    ①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E2的变化是：      。（填“增大”、“减小”或“不变”）。

    ②将一定量的N2(g)和H2(g)放入1L的密闭容器中，在500℃、2×107Pa下达到平衡，测得N2为0.1 mol，H2为0.3 mol，NH3为0.1 mol。该条件下H2的转化率为      。

    ③欲提高②容器中H2的转化率，下列措施可行的是      。

    A．向容器中按原比例再充入原料气    B．向容器中再充入惰性气体

    C．改变反应的催化剂                D．液化生成物分离出氨

    ⑵1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传导H+），从而实现了高转化率的电解法合成氨。其实验装置如图所示。阴极的电极反应式为       。

    ⑶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和TiO2）表面与水发生下列反应：

    进一步研究NH3生成量与温度关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下：

    T/K

    303

    313

    323

    NH3生成量/（10－6mol）

    4.8

    5.9

    6.0

    ①合成反应的a_     0。（填“大于”、“小于”或“等于”）

    ②已知

    则

     

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    科目：高中化学 来源：2010-2011学年北京门头沟区高三年级抽样测试理科综合能力测试化学部分 题型：填空题

    （14分）

    科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究。

    ⑴目前合成氨的技术原理为：

    该反应的能量变化如图所示。

    ①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E2的变化是：      。（填“增大”、“减小”或“不变”）。

    ②将一定量的N2(g)和H2(g)放入1L的密闭容器中，在500℃、2×107Pa下达到平衡，测得N2为0.1 mol，H2为0.3 mol，NH3为0.1 mol。该条件下H2的转化率为      。

    ③欲提高②容器中H2的转化率，下列措施可行的是      。

    A．向容器中按原比例再充入原料气

    B．向容器中再充入惰性气体

    C．改变反应的催化剂

    D．液化生成物分离出氨

    ⑵1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传导H+），从而实现了高转化率的电解法合成氨。其实验装置如图所示。阴极的电极反应式为      。

    ⑶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和TiO2）表面与水发生下列反应：

    进一步研究NH3生成量与温度关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下：

    T/K

    303

    313

    323

    NH3生成量/（10－6mol）

    4.8

    5.9

    6.0

    ①此合成反应的a_     0。（填“大于”、“小于”或“等于”）

    ②已知

    ⑷ NH4Cl溶液呈酸性，这是由于NH水解的缘故。则NH4Cl在重水（D2O）中水解的离子方程式是      。

     

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