合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破,2018年是合成氨工业先驱哈伯(P·Haber)获得诺贝尔奖100周年
(1)合成氨反应是一个可逆反应:N
2(g)+3H
2(g)

2NH
3(g),已知298K时:ΔH=-92.2kJ/mol,ΔS=-198.2J/(K·mol),则根据正反应的焓变和熵变分析,常温下合成氨反应____(填“能”或“不能”)自发进行。实验研究表明,在特定条件下,合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式如下,v=kc(N
2)c
1.5(H
2)c
-1(NH
3),k为速率常数,请根据该关系式分析,如果想增大合成氨反应的速率,从浓度的角度可以采用的措施为________。根据合成氨反应的特点,请再说出一项能够提高合成氨反应速率的措施_________。
(2)研究表明,在Fe催化剂作用下合成氨的反应历程为(*表示吸附态):
化学吸附:N
2(g)→2N
*;H
2(g)→2H
*;
表面反应:N
*+H
*
NH
*;NH
*+H
*
NH
2*;NH
2*+H
*
NH
3*脱 附:NH
3*
NH
3(g)
其中,N
2的吸附分解反应速率慢,解决了合成氨的整体反应速率。
实际生产中,合成氨常用工艺条件:Fe作催化剂,控制温度773K,压强3.0×10
7Pa,原料中N
2和H
2物质的量之比为1:2.8。请回答:
①分析说明原料中N
2过量的理由____________。
②近年来,中国科学院大连化学物理研究所陈平研究团队经过近二十年的积累,先后在催化剂分解、催化氨合成、化学链合成氨等方面取得重要进展。关于合成氨工艺的下列理解,正确的是______。
A.人们对合成氨研究的重要目的之一是要实现氨的低温高效合成 |
B.控制温度(773K)远于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率 |
C.陈平团队首次报道了具有优异低温活性的LiH-3d过渡金属这一复合催化剂体系,它可以大大提高反应的平衡转化率 |
D.N2的吸附分解反应活化能高,是合成氨反应条件苛刻的重要原因 |
E.陈平团队构建了一条基于可再生能源的化学链合成氨工艺流程,可以显著提高能效 |
(3)若N
2和H
2生成NH
3的反应为:

N
2(g)+

H
2(g)

NH
3(g),的标准平衡常数

,其中

为标准大气压(1×10
5Pa),

、

和

为各组分的平衡分压,如P(NH
3)=x(NH
3) P,P为平衡总压,x(NH
3)为平衡系统中NH
3的物质的量分数。
①N
2和H
2起始物质的量之比为1:3,反应在恒定温度和标准压强下进行,NH
3的平衡产率为

,则

_________(用含

的最简式表示)
②根据合成氨反应的特点,标准平衡常数

随温度T升高而逐渐______(填“增大”或“减小”)。
(4)希腊两位科学家曾经采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H
+)为介质,用吸附在它内外表面上的金属钯多晶体薄膜做电极,实现了常压、570℃条件下高转化率的电解法合成氨(装置如图)。钯电极A为______极(填“阴”或“阳”),该极上的电极反应式是___________。
