《2025年资源库高中化学人教版》

例413 [辽宁新高考]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：N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol⁻¹　ΔS=-200 J·K⁻¹·mol⁻¹
回答下列问题：
(1)合成氨反应在常温下_______（填“能”或“不能”）自发进行。
(2)_______温（填“高”或“低”，下同）有利于提高反应速率，_______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400～500℃。
(3)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：
方案一：双温-双控-双催化剂。使用Fe-TiO₂-H₂双催化剂，通过光辐射产生温差（如体系温度为495℃时，Fe的温度为547℃，而TiO₂-H₂的温度为415℃）。
下列说法正确的是_______。
a.氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b.N≡N在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c.“热Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d.“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率

答案：
(1)能
(2)高 低
(3)ab
解析：
(1)对于合成氨反应，常温下，ΔG=ΔH-TΔS=-92.4 kJ·mol⁻¹ - 298 K×(-0.2 kJ·K⁻¹·mol⁻¹)=-32.8 kJ·mol⁻¹＜0，故合成氨反应在常温下能自发进行。
(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大，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)由图可知，在“热Fe”（Ⅰ）上发生N≡N键的断裂，“冷Ti”（Ⅱ）上发生H-H键的断裂形成N-H键，“冷Ti”上生成NH₃，“冷Ti”的温度低于体系温度，相当于降低温度，有利于放热过程的发生，即有利于提高氨的平衡产率，a正确；断裂N≡N键是吸热过程，“热Fe”的温度高于体系温度，相当于升高温度，可提供更高的能量，有利于加快化学键的断裂，从而提高合成氨反应速率，b正确；“热Fe”的温度高于体系温度，而温度升高，合成氨反应平衡向逆反应方向移动，不利于提高氨的平衡产率，c错误；“冷Ti”低于体系温度，而温度降低，化学反应速率减慢，故不利于提高合成氨反应速率，d错误。

例413 (4)方案二：M-LiH复合催化剂。
下列说法正确的是_______。
a.300℃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

答案： a
解析：
(4)由图可知，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，a正确；同温同压下，复合催化剂能加快反应速率，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。