Question

【題目】液氨作為一種潛在的清潔汽車燃料已越來(lái)越被重視。它在安全性、價(jià)格等方面較化石燃料和氫燃料有著較大的優(yōu)勢(shì)。

（1）氨的燃燒實(shí)驗(yàn)涉及下列兩個(gè)相關(guān)的反應(yīng)：

①4NH3(g)+5O2(g)＝4NO(g)+6H2O(l) ΔH1

②4NH3(g)+6NO(g)＝5N2(g)+6H2O(l) ΔH2

則4NH3(g)+3O2(g)＝2N2(g)+6H2O(l)的ΔH＝_____。(請(qǐng)用含有ΔH1、ΔH2的式子表示)

（2）氨氣可以直接用于燃料電池，選擇堿性溶液作為電解質(zhì)溶液，寫出負(fù)極的電極反應(yīng)式__________。

（3）已知合成氨反應(yīng)的方程式為N2+3H22NH3，其平衡常數(shù)K的數(shù)值和溫度的關(guān)系如下：

溫度/℃	200	300	400
K	1.00	0.86	0.50

①由上表數(shù)據(jù)可知該反應(yīng)ΔH______0(填“>”或“<”)。

②400℃時(shí)，測(cè)得某時(shí)刻c(N2)＝1 mol·L-1、c(H2)＝3 mol·L-1、c(NH3)＝2 mol·L-1，此時(shí)刻該反應(yīng)的v正____v逆(填“>”“=”或“<”)。

（4）下圖是密閉反應(yīng)器中按n(N2)∶n(H2)＝1∶3投料后合成NH3，在200℃、400℃、600℃下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，混合物中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化曲線。

①曲線a對(duì)應(yīng)的溫度是__________________。

②關(guān)于合成氨的反應(yīng)，下列敘述正確的是________。

A. 及時(shí)分離出NH3可以提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率

B. 加催化劑能加快反應(yīng)速率且提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率

C. 圖中M、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的關(guān)系是K(M)>K(Q)

③M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的H2的轉(zhuǎn)化率是____________________。

④400℃時(shí)，將1mol N2和3mol H2充入恒壓密閉容器中，下圖分別代表焓變(ΔH)、混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量(M)、N2質(zhì)量分?jǐn)?shù)[φ(N2)]和混合氣體密度(ρ)與反應(yīng)時(shí)間（t）的關(guān)系，下圖正確且能表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____________________。

Answer 1

【答案】0.6△H1+0.4△H2 2NH3+6OH--6e-＝N2+6H2O ＜ ＞ 200℃ A 75% BCD

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；

（2）氨氣在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合電子守恒、原子守恒書寫電極反應(yīng)式；

（3）①由圖表數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行；

②計(jì)算此時(shí)的濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；

（4）①合成氨反應(yīng)放熱，溫度越低氨氣的百分含量越高；

②合成氨是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析判斷選項(xiàng)；

③結(jié)合三段式列式計(jì)算；

④根據(jù)可逆反應(yīng)中變量不變反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)分析解答。

（1）已知：

①4NH3(g)+5O2(g)＝4NO(g)+6H2O(l) ΔH1

②4NH3(g)+6NO(g)＝5N2(g)+6H2O(l) ΔH2

根據(jù)蓋斯定律可知，（①×3+②×2）×1/5得到4NH3(g)+3O2(g)＝2N2(g)+6H2O(l)，則△H＝0.6△H1+0.4△H2；

（2）由總反應(yīng)4NH3+3O2＝2N2+6H2O可知正極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-＝4OH-，由電子守恒和電荷守恒可知，負(fù)極是氨氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2NH3+6OH--6e-＝N2+6H2O；

（3）①圖表數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0；

②400℃時(shí)，測(cè)得某時(shí)刻c(N2)＝1 mol·L-1、c(H2)＝3 mol·L-1、c(NH3)＝2 mol·L-1，濃度商Qc＝＜K＝0.5，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，此時(shí)刻該反應(yīng)的v正＞v逆；

（4）①合成氨反應(yīng)放熱，溫度越低氨氣的百分含量越高，所以曲線a對(duì)應(yīng)的溫度是200℃；

②A．及時(shí)分離出NH3平衡正向進(jìn)行，可以提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，故A正確；

B．加催化劑能加快反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，不能提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，故B錯(cuò)誤；

C．圖中M、Q點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系，圖中M、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的關(guān)系是K（M）＝K（Q），故C錯(cuò)誤；

故答案為A；

③設(shè)反應(yīng)的氮?dú)馕镔|(zhì)的量為xmol，則

N2+3H22NH3

起始量（mol） 1 3 0

轉(zhuǎn)化量（mol） x 3x 2x

平衡量（mol）1-x 3-3x 2x

據(jù)題意M點(diǎn)時(shí)：2x/(4－2x)＝0.6

解得x＝0.75

則氫氣的轉(zhuǎn)化率為：3×0.75mol÷3mol×100%＝75%；

④400℃時(shí)，將1mol N2和3mol H2充入恒壓密閉容器中，焓變（△H）始終不變，混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量（）為變量、N2體積分?jǐn)?shù)φ（N2）為變量，氣體密度（ρ）為變量，隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量減小，則隨時(shí)間增大而增大，直到達(dá)到平衡狀態(tài)不變；N2體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，到達(dá)到平衡狀態(tài)不變，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)體積不變，密度不變，由圖可知，正確且能表明該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的為BCD。