研究氮的固定具有重要意义．（1）雷雨天气中发生自然固氮后，氮元素转化为而存在于土壤中．处于研究阶段的化学固氮新方法是N2在催化剂表面与水发生如下反应：2N2（g）+6H2O（l）=4NH3

Question

研究氮的固定具有重要意义．

（1）雷雨天气中发生自然固氮后，氮元素转化为___而存在于土壤中．处于研究阶段的化学固氮新方法是N₂在催化剂表面与水发生如下反应：
2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H      K  ①
已知：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H₁=-92.4kJ•mol^-1   K₁②
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₂=-571.6kJ•mol^-1   K₂③
则△H=___；K=___（用K₁和 K₂表示）．
（2）在四个容积为2L的密闭容器中，分别充入1mol N₂、3mol H₂O，在催化剂条件下进行反应①3h，实验数据见下表：

序号	第一组	第二组	第三组	第四组
t/℃	30	40	50	80
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

下列能说明反应①达到平衡状态的是___（填字母）．
a．NH₃和O₂的物质的量之比为4：3
b．反应混合物中各组份的质量分数不变
c．单位时间内每消耗1molN₂的同时生成2molNH₃
d．容器内气体密度不变
若第三组反应3h后已达平衡，第三组N₂的转化率为___；第四组反应中以NH₃表示的反应速率是___，与前三组相比，NH₃生成量最小的原因可能是___．
（3）美国化学家发明一种新型催化剂可以在常温下合成氨，将其附着在电池的正负极上实现氮的电化学固定，其装置示意图如图：则开始阶段正极反应式为___；忽略电解过程中溶液体积变化，当电池中阴极区溶液pH=7时，溶液中NH₃•H₂O的浓度为___（ K_b=2×10^-5mol•L^-1）；当电池中阴极区呈红色时，溶液中离子浓度由大到小的顺序为___．

Answer 1

（1）雷雨天气中发生自然固氮后，N₂→NO→NO₂→NO₃^-，氮元素转化为硝酸盐而存在土壤中，根据盖斯定律①=②×2-③×3，△H=-92.4kJ•mol^-1×2+3×571.6kJ•mol^-1=+1530kJ•mol^-1，K=(K21)/(K32)；故答案为：硝酸盐；+1530kJ•mol^-1；(K21)/(K32)；
（2）在反应2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）中，
a．NH₃和O₂的物质的量之比为4：3，反应不一定平衡；
b．反应混合物中各组份的质量分数不变，反应达到平衡；
c．单位时间内每消耗1molN₂的同时生成2molNH₃，都向正反应方向移动，反应不一定平衡；
d．容器内气体密度逐渐增大，当不变时，反应达到平衡；
若第三组反应3h后已达平衡，反应的N₂的为(1)/(2)×6.0×10^-6mol=3.0×10^-6mol，第三组N₂的转化率为(3.0×10-6mol)/(1mol)×100%=3×10^-4%；
3小时内根据NH₃浓度的变化量，得v（NH₃）=(2×10-6mol)/(2L•3h)=3.33×10^-7mol/（L•h），第四组温度最高但达平衡时，氨气的物质的量最小，可能是催化剂在80℃活性减小，反应速率反而减慢，
故答案为：bd；3×10^-4%；3.33×10^-7mol/（L•h）；催化剂在80℃活性减小，反应速率反而减慢；
（3）开始阶段N₂在正极发生还原反应，N的化合价降低为-3价，结合H⁺生成NH₄⁺，正极反应式为N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；当电池中阴极区溶液pH=7时，c（OH^-）=1×10^-7mol/L，根据电荷守恒，可知c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=1mol/L，溶液中NH₃•H₂O，K_b=(c(NH+4)×c(OH-))/(c(NH3•H2O))=(1mol/L×1×10-7mol/L)/(c(NH3•H2O))=2×10^-5mol•L^-1；c（NH₃•H₂O）=5×10^-3mol•L^-1；当电池中阴极区呈红色时，溶液显碱性，则溶液中的离子浓度大小顺序为：c（NH₄⁺）>c（Cl^-）>c（OH^-）>c（H⁺），
故答案为：N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；5×10^-3mol•L^-1；c（NH₄⁺）>c（Cl^-）>c（OH^-）>c（H⁺）．