《2025年高中总复习优化设计高中化学》

4. (2022·辽宁卷，18节选)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为$N_{2}(g)+3H_{2}(g)\rightleftharpoons 2NH_{3}(g)$ $\Delta H=-92.4kJ· mol^{-1}$ $\Delta S=-200J· K^{-1}· mol^{-1}$。
回答下列问题：
(1) 合成氨反应在常温下能(填“能”或“不能”)自发。
(2) 高(填“高”或“低”，下同)温有利于提高反应速率，低温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用$400\sim500^{\circ}C$。
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
(3) 方案二：$M - LiH$复合催化剂。

下列说法正确的是a(填字母)。
a. $300^{\circ}C$时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b. 同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c. 温度越高，复合催化剂活性一定越高
(4) 某合成氨速率方程为$v = kc^{\alpha}(N_{2})· c^{\beta}(H_{2})· c^{\gamma}(NH_{3})$，根据表中数据，$\gamma =$-1；

在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为a(填字母)。
a. 有利于平衡正向移动
b. 防止催化剂中毒
c. 提高正反应速率

答案： 4.答案
(1)能
(2)高 低
(3)a
(4)-1 a
解析
(1)对于合成氨反应，常温下，ΔG = ΔH - TΔS = -92.4kJ·mol⁻¹ - 298K×(-0.2kJ·K⁻¹·mol⁻¹)= -32.8kJ·mol⁻¹＜0，故合成氨反应在常温下能自发。
(2)其他条件一定时，升高温度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增多，反应速率加快；合成氨反应是放热反应，要提高平衡转化率，即使反应平衡正向移动，应降低温度。
(3)由题图可知，300℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多，说明300℃时复合催化剂比单一催化剂效率更高，a正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反而降低，c错误。
(4)将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：①q = k·mⁿ·pʸ，③10q = k·mⁿ·(0.1p)ʸ，两式联立可得γ = -1。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH₃)，