题目
自1909年德国化学家哈伯经过反复实验研究出合成氨的条件，1913年实现工业化生产，合成氨一直是人工固氮的最主要方式。氨气是一种重要的工业原料，可用于制取硝酸和肥料。为增加氨的产量，化学家们一直在研究调控合成氨的反应条件和措施。（1）合成氨原料气通常由石油裂解气获得，某含34个氢原子链状烷烃是制氢原料之一，则该烃分子式为 ____ 。（2）已知：NH3中N—H键能为391kJ•mol-1，N2中键能为945.6kJ•mol-1，H2中H—H键能为436kJ•mol-1，则合成1.0mol NH3 ____ （填“吸收”或“放出”） ____ kJ热量。（3）某温度下，向2.0L的恒容密闭容器中充入2.0mol N2和6.0mol H2，发生合成氨反应，实验数据如下表所示： t/s 0 50 150 250 350 n（NH3）/mol 0 0.24 0.36 0.40 0.40 ①0～50s内的平均反应速率v（N2）= ____ ，氨气的平衡含量为 ____ %（保留两位有效数字）。②工业上恒温恒容时随反应的进行，气体的物质的量减少，压强减小，当容器压强不变时说明已达平衡状态，此时容器中下列数据也不再变化的是 ____ （填标号）。a．氨气的含量b．气体的密度c．N2和H2的物质的量之比（4）现在化学家们研究电化学方法N2和H2合成氨（如图），则气体a是 ____ （填化学式），电极2发生的电极反应为 ____ 。e^--|||-电极1 电极2-|||-a → ←b-|||-KOH溶液
自1909年德国化学家哈伯经过反复实验研究出合成氨的条件，1913年实现工业化生产，合成氨一直是人工固氮的最主要方式。氨气是一种重要的工业原料，可用于制取硝酸和肥料。为增加氨的产量，化学家们一直在研究调控合成氨的反应条件和措施。
（1）合成氨原料气通常由石油裂解气获得，某含34个氢原子链状烷烃是制氢原料之一，则该烃分子式为 ____ 。
（2）已知：NH3中N—H键能为391kJ•mol-1，N2中键能为945.6kJ•mol-1，H2中H—H键能为436kJ•mol-1，则合成1.0mol NH3 ____ （填“吸收”或“放出”） ____ kJ热量。
（3）某温度下，向2.0L的恒容密闭容器中充入2.0mol N2和6.0mol H2，发生合成氨反应，实验数据如下表所示：
①0～50s内的平均反应速率v（N2）= ____ ，氨气的平衡含量为 ____ %（保留两位有效数字）。
②工业上恒温恒容时随反应的进行，气体的物质的量减少，压强减小，当容器压强不变时说明已达平衡状态，此时容器中下列数据也不再变化的是 ____ （填标号）。
a．氨气的含量
b．气体的密度
c．N2和H2的物质的量之比
（4）现在化学家们研究电化学方法N2和H2合成氨（如图），则气体a是 ____ （填化学式），电极2发生的电极反应为 ____ 。
（1）合成氨原料气通常由石油裂解气获得，某含34个氢原子链状烷烃是制氢原料之一，则该烃分子式为 ____ 。
（2）已知：NH3中N—H键能为391kJ•mol-1，N2中键能为945.6kJ•mol-1，H2中H—H键能为436kJ•mol-1，则合成1.0mol NH3 ____ （填“吸收”或“放出”） ____ kJ热量。
（3）某温度下，向2.0L的恒容密闭容器中充入2.0mol N2和6.0mol H2，发生合成氨反应，实验数据如下表所示：
| t/s | 0 | 50 | 150 | 250 | 350 |
| n（NH3）/mol | 0 | 0.24 | 0.36 | 0.40 | 0.40 |
②工业上恒温恒容时随反应的进行，气体的物质的量减少，压强减小，当容器压强不变时说明已达平衡状态，此时容器中下列数据也不再变化的是 ____ （填标号）。
a．氨气的含量
b．气体的密度
c．N2和H2的物质的量之比
（4）现在化学家们研究电化学方法N2和H2合成氨（如图），则气体a是 ____ （填化学式），电极2发生的电极反应为 ____ 。
题目解答
答案
（1）烷烃的通式为CnH2n+2，含34个氢原子链状烷烃n=16，故该烃分子式为：C16H34；
（2）合成氨反应的方程式为：${N}_{2}+3{H}_{2}⇌_{催化剂}^{高温高压}2N{H}_{3}$，ΔΗ=[945.6+3×436-2×3×391]kJ/mol=-92.4kJ/mol，即合成2.0mol NH3放出92.4kJ的热量，故合成1.0mol NH3放出46.2kJ热量；
（3）①0～50s内的平均反应速率v（N2）=$\frac{1}{2}v（N{H}_{3}）=\frac{1}{2}×\frac{0.24mol}{2.0L×50s}=0.0012\;mol•{L}^{-1}•{s}^{-1}$，根据表格中数据，平衡时NH3的物质的量为0.40mol，故可列出三段式：$\begin{array}{c}{}\\ 起始（mol）\\ 转化（mol）\\ 平衡（mol）\end{array}\begin{array}{c}{N}_{2}（g）\\ 2.0\\ 0.20\\ 1.80\end{array}$，NH3的平衡含量为：$\frac{0.40}{1.80+5.40+0.40}×100%=5.3%$；
②a．达到平衡时氨气的含量不变，a正确；
b．恒容条件下气体的总质量不变，气体的密度一直不变，与是否达到平衡无关，b错误；
c．N2和H2的投料比为系数比，物质的量之比始终等于1：3，与是否达到平衡无关，c错误；
故选a；
（4）合成氨反应中N元素化合价降低，H元素化合价升高，故H2在负极反应，电极1为负极，N2在正极反应，电极2为正极。根据以上分析，气体a是H2，电极2发生的电极反应为：${N}_{2}+6{e}^{-}+6{H}_{2}O=2N{H}_{3}+6O{H}^{-}$。
（2）合成氨反应的方程式为：${N}_{2}+3{H}_{2}⇌_{催化剂}^{高温高压}2N{H}_{3}$，ΔΗ=[945.6+3×436-2×3×391]kJ/mol=-92.4kJ/mol，即合成2.0mol NH3放出92.4kJ的热量，故合成1.0mol NH3放出46.2kJ热量；
（3）①0～50s内的平均反应速率v（N2）=$\frac{1}{2}v（N{H}_{3}）=\frac{1}{2}×\frac{0.24mol}{2.0L×50s}=0.0012\;mol•{L}^{-1}•{s}^{-1}$，根据表格中数据，平衡时NH3的物质的量为0.40mol，故可列出三段式：$\begin{array}{c}{}\\ 起始（mol）\\ 转化（mol）\\ 平衡（mol）\end{array}\begin{array}{c}{N}_{2}（g）\\ 2.0\\ 0.20\\ 1.80\end{array}$，NH3的平衡含量为：$\frac{0.40}{1.80+5.40+0.40}×100%=5.3%$；
②a．达到平衡时氨气的含量不变，a正确；
b．恒容条件下气体的总质量不变，气体的密度一直不变，与是否达到平衡无关，b错误；
c．N2和H2的投料比为系数比，物质的量之比始终等于1：3，与是否达到平衡无关，c错误；
故选a；
（4）合成氨反应中N元素化合价降低，H元素化合价升高，故H2在负极反应，电极1为负极，N2在正极反应，电极2为正极。根据以上分析，气体a是H2，电极2发生的电极反应为：${N}_{2}+6{e}^{-}+6{H}_{2}O=2N{H}_{3}+6O{H}^{-}$。