Question

12．對含氮物質的研究和利用有著極為重要的意義．
（1）N₂、O₂和H₂相互之間可以發(fā)生化合反應，已知反應的熱化學方程式如下：
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
則氨的催化氧化反應的熱化學方程式為4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol．
（2）汽車尾氣凈化的一個反應原理為：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．一定溫度下，將2.8mol NO、2.4mol CO通入固定容積為2L的密閉容器中，反應過程中部分物質的物質的量變化如圖1所示．

①NO的平衡轉化率為28.57%，0～20min平均反應速率v（NO）為0.02mol/（L•min）．25min時，若保持反應溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，則化學平衡將向左移動（填“向左”、“向右”或“不”）．
②如圖2若只改變某一反應條件X，反應由原平衡I達到新平衡Ⅱ，變量Y的變化趨勢如表所示．下列說法正確的是b （填字母代號）．

	條件X	變量Y
a	壓強	反應的平衡常數(shù)
b	溫度	CO的平衡濃度
c	溫度	N2的體積分數(shù)
d	催化劑	NO的平衡轉化率

（3）某化學小組擬設計以N₂和H₂為電極反應物，以HCl-NH₄Cl為電解質溶液制成燃料電池，則該電池的正極反應式為N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．假設電解質溶液的體積不變，下列說法正確的是bcd（填字母代號）．
a．放電過程中，電解質溶液的pH保持不變
b．溶液中的NH₄Cl濃度增大，但Cl^-離子濃度不變
c．每轉移6.02×10²³個電子，則有標準狀況下11.2L電極反應物被氧化
d．為保持放電效果，電池使用一段時間需更換電解質溶液．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
③N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
根據(jù)蓋斯定律，②×3+①×2-③×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）；
（2）①由圖可知，20min到達平衡，平衡時生成氮氣為0.4mol，由方程式可知消耗NO為0.4mol×2=0.8mol，轉化率=$\frac{物質的量變化量}{起始物質的量}$×100%，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO）；
若保持反應溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，由平衡常數(shù)表達式可知，濃度商Qc＞K，平衡逆向移動；
②a．平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強變化；
b．溫度升高，平衡逆向進行；
c．溫度升高，平衡逆向進行；
d．催化劑改變反應速率，不影響平衡移動；
（3）以N₂、H₂為電極反應物，以HCl-NH₄Cl溶液為電解質溶液制造新型燃料電池，氮氣在正極得到電子發(fā)生還原反應，電極反應為N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺；
a．放電過程中，負極電極反應為：H₂-2e^-=2H⁺，正極電極反應N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺，根據(jù)電子守恒可知過程中消耗氫離子；
b．正極生成銨根離子，溶液中的NH₄Cl濃度增大，但Cl^-離子濃度不變；
c．電極反應物被氧化的是氫氣，根據(jù)電子守恒計算氫氣的量，再根據(jù)V=nV_m計算氫氣體積；
d．原電池工作過程中消耗氫離子．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
③N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
根據(jù)蓋斯定律，②×3+①×2-③×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol；
（2）①由圖可知，20min到達平衡，平衡時生成氮氣為0.4mol，由方程式可知消耗NO為0.4mol×2=0.8mol，NO轉化率=$\frac{0.8mol}{2.8mol}$×100%=28.57%，v（NO）=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{20min}$=0.02mol/（L•min），
若保持反應溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，由平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$可知，濃度商Qc＞K，平衡逆向移動；
故答案為：28.57%；0.02mol/（L•min）；向左；
②2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，圖象中X隨Y增大而增大；
a．平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強變化，故a不符合；
b．溫度升高，平衡逆向進行，一氧化碳濃度增大，故b符合
c．溫度升高，平衡逆向進行，氮氣含量減小，故c不符合；
d．催化劑改變反應速率，不影響化學平衡，NO轉化率不變，故d不符合；
故答案為：b；
（3）以N₂、H₂為電極反應物，以HCl-NH₄Cl溶液為電解質溶液制造新型燃料電池，氮氣在正極得到電子發(fā)生還原反應，電極反應為N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺；
a．放電過程中，負極電極反應為：H₂-2e^-=2H⁺，正極電極反應N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺，根據(jù)電子守恒可知過程中消耗氫離子，電解質溶液PH升高，故a錯誤；
b．正極生成銨根離子，溶液中的NH₄Cl濃度增大，但Cl^-離子濃度不變，故b正確；
c．每轉移6.02×10²³個電子，即轉移電子為1mol，電極反應物被氧化的是氫氣，根據(jù)電子守恒，氫氣被氧化的物質的量為0.5mol，則標準狀況下氫氣體積為11.2L，故c正確；
d．原電池工作過程中消耗氫離子，為保持放電效果，電池使用一段時間需更換電解質溶液，故正確，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺； bcd．

點評 本題考查蓋斯定律應用、化學平衡的有關計算與影響因素、原電池原理等，化學平衡常數(shù)的有關計算是近幾年高考熱點，掌握平衡常數(shù)應用，題目難度中等．