Question

19．N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4KJ/mol．在500℃、20MPa時，將N₂和H₂通入到體積為2L的密閉容器中，反應過程中各種物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如圖1所示：

（1）10min內(nèi)用NH₃表示該反應的平均速率，v（NH₃）=0.005mol/（L．min）．
（2）在10-20min內(nèi)NH₃濃度變化的原因可能是a（填字母）．
a．加了催化劑          b．降低溫度           c．增加NH₃的物質(zhì)的量
（3）該可逆反應達到平衡的標志是c e（填字母）
a.3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆
b．混合氣體的密度不再隨時間變化
c．容器內(nèi)的總壓強不再隨時間而變化
d．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2
e．單位時間生成mmolN₂的同時消耗3mmolH2
f．a(chǎn)molN=N鍵斷裂的同時，有6amolN-M鍵合成
（4）第一次平衡時，平衡常數(shù)K₁=$\frac{（\frac{0.3}{2}）^{2}}{\frac{0.25}{2}×（\frac{0.15}{2}）^{3}}$（用數(shù)學表達式表示）．NH₃的體積分數(shù)是45.5%（保留2位小數(shù)）．
（5）在反應進行到25min時，曲線發(fā)生變化的原因是分離出0.1molNH₃．
（6）已知：
N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
若有17g氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮氣體和水蒸氣所放出的熱量為226.3kJ；
（7）安陽燃料電池具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ�安陽燃料電池工作原理如圖2所示：
①b電極的電極反應式是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②一段時間后，需向裝置中補充KOH，請依據(jù)反應原理解釋原因是由于電池反應生成水，4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，所以電解質(zhì)中氫氧根濃度減小，即堿性減弱，pH減小，為維持堿溶液的濃度不變需要向裝置中補充KOH．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算；
（2）根據(jù)圖象知，平衡向正反應方向移動，10min時是連續(xù)的，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說明為使用催化劑；
（3）反應N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃
a．平衡時，應有2v（H₂）_正=3v（NH₃）_逆；
b．混合氣體的密度一直不隨時間變化而變化；
c．容器內(nèi)的總壓強不再隨時間的變化，說明氣體的物質(zhì)的量不變；
d．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2，任何時刻都成立；
e．單位時間生成mmolN₂的同時消耗3mmolH₂，方向相反成正比例；
f．a(chǎn) mol N≡N鍵斷裂的同時，有6a mol N-H鍵形成，方向相同，不能作為平衡的判斷；
（4）化學平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，第2次平衡時NH₃的體積分數(shù)等于氨氣的含量；
（5）25分鐘，NH₃的物質(zhì)的量突然減少，而H₂、N₂的物質(zhì)的量不變，說明應是分離出NH₃；
（6）根據(jù)蓋斯定律來求反應的焓變，然后根據(jù)反應放出的熱量與物質(zhì)的量成正比；
（7）①燃料電池中，負極上是燃料氨發(fā)生失電子的氧化反應；
②根據(jù)電極反應式結(jié)合氫離子和氫氧根離子濃度的變化來確定溶液pH的變化，從而解答．

解答 解：（1）根據(jù)反應速率v（NH₃）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{（0.1-0）mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L．min），故答案為：0.005mol/（L．min）；
（2）由圖象可知各組分物質(zhì)的量變化增加，且10min時變化是連續(xù)的，20min達平衡時，△n（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，
△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物質(zhì)的量變化之比等于化學計量數(shù)之比，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說明10min可能改變的條件是使用催化劑，降低溫度，應該反應速率減小，增加NH₃物質(zhì)的量，逆反應速率增加的倍數(shù)大，故只有使用催化劑符合，
故選a，
故答案為：a；
（3）反應N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃
a．平衡時，應有2v（H₂）_正=3v（NH₃）_逆，故a錯誤；
b．混合氣體的密度一直不隨時間變化而變化，故b錯誤；
c．容器內(nèi)的總壓強不再隨時間的變化，說明氣體的物質(zhì)的量不變，反應達平衡狀態(tài)，故c正確；
d．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2，任何時刻都成立，故d錯誤；
e．單位時間生成mmolN₂的同時消耗3mmolH₂，方向相反成正比例，反應達平衡狀態(tài)，故e正確；
f．a(chǎn) mol N≡N鍵斷裂的同時，有6a mol N-H鍵形成，方向相同，不能作為平衡的判斷，故錯誤；故選：c e，
故答案為：ce；
（4）化學平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，由圖象可知，20min達平衡時，n（N₂）=0.025mol×10=0.25mol，n（H₂）=0.025mol×6=0.15mol，n（NH₃）=0.025mol×12=0.3mol，所以所以其平衡常數(shù)K=$\frac{{C}^{2}（N{H}_{3}）}{C（N{\\;}_{2}）{C}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.3}{2}）^{2}}{\frac{0.25}{2}×（\frac{0.15}{2}）^{3}}$；第2次平衡時NH₃的體積分數(shù)=$\frac{2.5mol}{2.5mol+2.25mol+0.75mol}$×100%=45.5%，
故答案為：$\frac{（\frac{0.3}{2}）^{2}}{\frac{0.25}{2}×（\frac{0.15}{2}）^{3}}$；45.5%；
（5）第25分鐘，NH₃的物質(zhì)的量突然減少，而H₂、N₂的物質(zhì)的量不變，說明應是分離出NH₃；由圖象可以看出，當反應進行到時35-40min，各物質(zhì)的量不變，說明反應達到第二次平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以抽去0.1mol氨，
故答案為：分離出0.1molNH₃；
（6）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，
②N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol，
由蓋斯定律①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=905kJ/mol；
則17g 即1mol氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮氣體和水蒸氣所放出的熱量為$\frac{1}{4}$×905kJ≈226.3kJ，
故答案為：226.3kJ；
（7）①燃料電池中，負極上是燃料氨發(fā)生失電子的氧化反應，a電極通入的是氨氣，為負極，負極上燃料氨氣失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O，b電極為正極，電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②反應一段時間后，由于電池反應生成水，4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，所以電解質(zhì)中氫氧根濃度減小，即堿性減弱，pH減小，為維持堿溶液的濃度不變需要向裝置中補充KOH，
故答案為：由于電池反應生成水，4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，所以電解質(zhì)中氫氧根濃度減小，即堿性減弱，pH減小，為維持堿溶液的濃度不變需要向裝置中補充KOH．

點評 本題考查化學平衡的計算、平衡移動的影響因素以及平衡狀態(tài)的判斷，注意對圖象的分析，題目難度中等．