Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用．

（1）在固定容積的密閉容器中，進行如下化學反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
其平衡常數(shù)K與溫度T的關系如下表：

T/K	298	398	498
平衡常數(shù)K	4.1×106	K1	K2

試判斷K₁

 

K₂（填寫“＞”“=”或“＜”）．
（2）用2mol N₂和3mol H₂合成氨，三容器的反應溫度分別為T₁、T₂、T₃且恒定不變，在其它條件相同的情況下，實驗測得反應均進行到t min時N₂的質(zhì)量分數(shù)如圖1所示，此時甲、乙、丙三個容器中一定達到化學平衡狀態(tài)的是

 

，都達到平衡狀態(tài)時，N₂轉(zhuǎn)化率最低的是

 

．
（3）NH₃與CO₂在120℃，催化劑作用下可以合成反應生成尿素：CO₂+2NH₃?（NH₂）₂CO+H₂O；在密閉反應容器中，混合氣體中NH₃的含量變化關系如圖2所示（該條件下尿素為固體）．則A點的正反應速率v_正（CO₂）

 

B點的逆反應速率v_逆（CO₂）（填寫“＞”“=”或“＜”），NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為

 

；
（4）已知下列熱化學方程式：
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ/mol
請寫出用NH₃還原NO的熱化學方程式

 

；
（5）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水，試寫出該反應的化學方程式

 

．科學家利用此原理，設計成氨氣-氧氣燃料電池，則通人氨氣的電極是

 

（填“正極”或“負極”），在堿性條件下，通人氨氣的電極發(fā)生的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡的影響因素

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）依據(jù)化學反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小分析判斷平衡常數(shù)大��；
（2）依據(jù)氮氣的質(zhì)量分數(shù)變化可知，隨溫度升高，化學平衡應逆向進行，氮氣的質(zhì)量分數(shù)增大，C氮氣質(zhì)量分數(shù)最小，所以丙一定是平衡狀態(tài)，達到平衡狀態(tài)，溫度越高平衡逆向進行程度越大，氮氣質(zhì)量分數(shù)越小；
（3）圖象分析氨氣的體積分數(shù)從50%變化為20%后體積分數(shù)保持不變，說明B點反應達到平衡狀態(tài)，A點氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說明反應正向進行達到平衡狀態(tài)，A點的正反應速率大于B點的正反應速率；依據(jù)氨氣的體積分數(shù)結合平衡三段式列式計算平衡轉(zhuǎn)化率；
（4）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算所需熱化學方程式；
（5）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)氮氣和水，依據(jù)原子守恒配平書寫化學方程式，氨氣-氧氣燃料電池中氨氣在負極失電子發(fā)生氧化反應生成氮氣，堿溶液中用氫氧根離子配平電荷守恒寫出電極反應．

解答： 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
（2）依據(jù)化學平衡影響因素分析，隨溫度升高，化學平衡應逆向進行，氮氣的質(zhì)量分數(shù)增大，C氮氣質(zhì)量分數(shù)最小，丙狀態(tài)氨氣質(zhì)量分數(shù)比C狀態(tài)大，說明丙一定是平衡狀態(tài)，達到平衡狀態(tài)，溫度越高平衡逆向進行程度越大，氮氣質(zhì)量分數(shù)越小，丙點氮氣的質(zhì)量分數(shù)最小，
故答案為：丙；丙；
（3）氨氣的體積分數(shù)從50%變化為20%后體積分數(shù)保持不變，說明B點反應達到平衡狀態(tài)，A點氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說明反應正向進行達到平衡狀態(tài)，A點的正反應速率大于B點的正反應速率，v_正（CO₂）＞v_逆（CO₂）；
設氨氣消耗物質(zhì)的量x，開始氨氣體積分數(shù)為50%，假設氨氣為50mol，二氧化碳為50mol，
               CO₂+2NH₃?（NH₂）₂CO+H₂O
起始量（mol）   50    50       0     0
變化量（mol）   0.5x  x        0.5x  0.5x
平衡量（mol） 50-0.5x  50-x          0.5x
氨氣的體積分數(shù)即物質(zhì)的量分數(shù)=

50-x

100-x

=20%；
計算得到x=37.5mol
氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率=

37.5mol

50mol

×100%=75%，
故答案為：大于；75%；
（4）①2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ/mol
②N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ/mol；
③N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
依據(jù)蓋斯定律（①-②）×3-③×2得到用NH₃還原NO的熱化學方程式為：6NO（g）+4NH₃（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2070KJ/mol，
故答案為：6NO（g）+4NH₃（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2070KJ/mol；
（5）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)氮氣和水，依據(jù)原子守恒配平書寫化學方程式為：4NH₃+3O₂

點燃  .

2N₂+6H₂O，氨氣-氧氣燃料電池中氨氣在負極失電子發(fā)生氧化反應生成氮氣，堿溶液中用氫氧根離子配平電荷守恒寫出電極反應為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：4NH₃+3O₂

點燃  .

2N₂+6H₂O；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評：本題考查了平衡常數(shù)影響因素分析，平衡狀態(tài)的分析判斷，熱化學方程式和蓋斯定律計算應用，原電池原理分析，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．