Question

氮是大氣中含量最多的一種元素，氮及其化合物在生產(chǎn)、生活中有著重要作用．請回答：
（1）下列變化屬于“氮的固定”的是

 

（填字母）
a．植物從土壤中吸收氮肥
b．硝酸和氨氣反應生成氮肥
c．將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)榈�的化合�?br />d．大豆的根瘤菌將含氮的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锏鞍踪|(zhì)
（2）據(jù)報道，意大利科學家獲得了極具研究價值的N₄，其分子結構如圖1所示．
已知Ⅰ．斷裂1mol N-N鍵吸收167kJ熱量，形成1mol N≡N鍵放出942kJ熱量，
Ⅱ．N₂ （g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1則：N₄ （g）+6H₂ （g）4NH₃（g）△H=

 

 kJ?mol^-1
（3）圖2是工業(yè)生產(chǎn)硝酸的流程．
①1909年化學家哈伯在實驗室首次合成了氨．2007年化學家格哈德?埃特爾在哈伯研究所證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應過程，示意如圖：

、、     分別表示N₂、H₂、NH₃．圖⑤表示生成的NH₃離開催化劑表面．分別寫出圖②→③、圖③→④表示的變化過程

 

、．
②合成塔中發(fā)生反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1，該反應的化學平衡常數(shù)表達式K=

 

．在一定溫度和壓強下，將H₂和N₂按3：1（體積比）混合后進入合成塔，反應達到平衡時，平衡混合氣中NH₃的體積分數(shù)為15%，此時H₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．
③吸收塔中通入空氣的目的是

 

．

Answer 1

考點：氮的固定,工業(yè)制取硝酸,熱化學方程式,化學平衡的調(diào)控作用

專題：化學平衡專題,氮族元素

分析：（1）氮的固定是指將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮；
（2）Ⅱ、設出N-H的鍵能和H-H鍵的鍵能，根據(jù)所給的熱化學方程式，求出N-H鍵和H-H的鍵能，然后根據(jù)△H=斷鍵吸收的能量-成鍵放出的能量，即可解得；
（3）①、圖②→③則表示在催化劑表面，N₂、H₂中的化學鍵斷裂；圖③→④表示在催化劑表面，N、H原子間和形成新的化學鍵，生成NH₃ 分子；
②、化學平衡常數(shù)是：在特定物理條件下（如溫度、壓力、溶劑性質(zhì)、離子強度等），可逆化學反應達到平衡狀態(tài)時生成物與反應物的濃度比或反應物與反應產(chǎn)物的濃度比．用符號“K”表示；根據(jù)反應方程式 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），設參加反應的氫氣的物質(zhì)的量xmol，原混合氣體中 H₂ 和N₂ 按3：1（體積之比）混合，物質(zhì)的量之比也是3：1，設氫氣3nmol，氮氣nmol，列式求算即可；
③通入空氣，提供充足的氧氣，以便使NO能夠循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成硝酸．

解答： 解：（1）氮的固定是指將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮，故選C；
（2）設H-H鍵的鍵能為XKJ/mol，N-H鍵的鍵能為YKJ/mol，據(jù)熱化學方程式可知：N₂ （g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ?mol^-1
                                                                   942KJ      3X         6Y
故有 942KJ+3XKJ-6YKJ=-92.2kJ     可解得3X-6Y=-1034.2  ①
   反應 N₄ （g）+6H₂ （g）?4NH₃（g）
      6×167kJ   6XKJ         12YKJ
△H=斷鍵吸收的能量-成鍵放出的能量=6×167+6X-12Y=1002+2（2X-6Y）=1002+2×（-1034.2）=-1066.4KJ/mol
故答案為：-1066.4；
（3）①分析題中圖可以知道，圖②→③表示在催化劑表面，N₂、H₂中化學鍵斷裂，圖③→④表示在催化劑表面，N、H原子間和形成新的化學鍵，生成NH₃分子，
故答案為：②→③表示在催化劑表面，N₂、H₂中化學鍵斷裂；③→④在催化劑表面，N、H原子間和形成新的化學鍵，生成NH₃分子；
②化學平衡常數(shù)是：在特定物理條件下（如溫度、壓力、溶劑性質(zhì)、離子強度等），可逆化學反應達到平衡狀態(tài)時生成物與反應物的濃度比或反應物與反應產(chǎn)物的濃度比．根據(jù)以上概念可以寫出該反應的化學平衡常數(shù)表達式 K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

，有反應方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），設參加反應的氫氣的物質(zhì)的量xmol，原混合氣體中 H₂ 和N₂ 按3：1（體積之比）混合，物質(zhì)的量之比也是3：1，設氫氣3nmol，氮氣nmol，則參加反應的氮氣的物質(zhì)的量為x/3mol，生成的氨氣為2x/3mol，列式：

2X/3

n-x/3+3n-x+2x/3

=15%，解得x≈0.78nmol，H₂ 的轉(zhuǎn)化率為：0.78nmol÷3nmol×100%=26%，
故答案為：K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

； 26%；
③不斷通入空氣，提供充足的氧氣，以便使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成硝酸，故答案為：使NO循環(huán)利用，全部轉(zhuǎn)化成硝酸．

點評：本題以硝酸的工業(yè)制備為背景，綜合考查對化學反應中化學鍵變化、熱化學方程式、化學平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率計算等考點以及對圖形的觀察能力、推理能力．