Question

11．氨的合成對國家工業(yè)發(fā)展有著舉足輕重的作用，請根據(jù)化學原理知識回答下列問題：
（1）已知氫氣的燃燒熱為285.8kJ/mol．
4NH₃ （g）+5O₂ （g）?4NO（g）+6H₂O（l）△H=-1168.8kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.6kJ/mol．
則工業(yè)合成氨的熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）═2NH ₃ （g）△H=-92.4kJ/mol．
（2）某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）反應的影響．實驗結(jié)果如圖1所示：（圖中 T表示溫度，n表示物質(zhì)的量）
①圖象中 T₂和 T₁的關系是：T₂高于 T₁（填“高于”、“低于”、“等于”或“無法確定”）．
②比較在a、b、c三點所處的平衡狀態(tài)中，反應物N₂ 的轉(zhuǎn)化率最高的是c（填字母）．
③在起始體系中n（N₂）：n（H₂）=1：3時，反應后氨的百分含量最大；若容器容積為1L，n=3mol反應達到平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率為60%，則此條件下（ T ₂），反應的平衡常數(shù) K=$\frac{25}{12}$．
（3）氮元素的+4價氧化物有兩種，它們之間發(fā)生反應：2NO₂?N₂O₄△H＜0，將一定量的NO₂充入注射器中后封口，圖2是在拉伸和壓縮注射器的過程中氣體透光率隨時間的變化 （氣體顏色越深，透光率越小）．下列說法正確的是AC

A．b點的操作是壓縮注射器
B．c點與a點相比，c（NO₂）增大，c（N₂O₄）減小
C．若不忽略體系溫度變化，且沒有能量損失，則b、c兩點的平衡常數(shù)K_b＞K_c
D．d點：v（正）＞v（逆）
（4）利用反應6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O構成原電池，能消除氮氧化物的排放，減輕環(huán)境污染，裝置如圖3所示．
①電極a為負極，其電極反應式為2NH₃-6e^-+60H^-=N₂+6H₂O．
②當有0.1mol NO₂被處理時，轉(zhuǎn)移電子為0.4mol．
③為使電池持續(xù)放電，該離子交換膜需選用陰離子交換膜．

Answer 1

分析 （1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol，
②4NH ₃ （g）+5O ₂ （g）?4NO（g）+6H ₂O（l）△H=-1168.8kJ/mol，
③N₂（g）+O ₂（g）═2NO（g）△H=+180.6kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①×3+③-$\frac{1}{2}$×②可得N₂（g）+3H₂（g）═2NH ₃ （g）△H；
（2）①根據(jù)溫度升高化學平衡向著吸熱方向進行；
②根據(jù)a、b、c三點所表示的意義，結(jié)合化學平衡移動的方向進行判斷；
③根據(jù)反應物的物質(zhì)的量之比為等于化學計量數(shù)之比時，達平衡狀態(tài)時生成物的百分含量最大；先求出各自的平衡濃度，然后根據(jù)平衡常數(shù)的概念來回答；
（3）該反應是正反應氣體體積減小的放熱反應，壓強增大平衡雖正向移動，但二氧化氮濃度增大，混合氣體顏色變深，壓強減小平衡逆向移動，但二氧化氮濃度減小，混合氣體顏色變淺，據(jù)圖分析，b點開始是壓縮注射器的過程，氣體顏色變深，透光率變小，c點后的拐點是拉伸注射器的過程，氣體顏色變淺，透光率增大，據(jù)此分析；
（4）①由反應6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O可知，反應中NO₂為氧化劑，NH₃為還原劑，則a為負極，b為正極；負極失電子發(fā)生氧化反應據(jù)此書寫點擊方程式；
②當有0.1mol NO₂被處理時，轉(zhuǎn)移電子為0.1mol×（4-0）=0.4mol，據(jù)此進行分析；
③原電池工作時，陰離子向負極移動，為使電池持續(xù)放電，離子交換膜需選用陰離子交換膜，防止二氧化氮反應生成硝酸鹽和亞硝酸鹽，導致原電池不能正常工作．

解答 解：（1）氫氣的燃燒熱為285.8kJ/mol，可得①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol，
②4NH ₃ （g）+5O ₂ （g）?4NO（g）+6H ₂O（l）△H=-1168.8kJ/mol，
③N₂（g）+O ₂（g）═2NO（g）△H=+180.6kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①×3+③-$\frac{1}{2}$×②可得N₂（g）+3H₂（g）═2NH ₃ （g）△H=（-285.8kJ/mol）×3+（+180.6kJ/mol）-$\frac{1}{2}$×（-1168.8kJ/mol）=-92.4kJ/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）═2NH ₃ （g）△H=-92.4kJ/mol；
（2）①反應為放熱反應，溫度升高化學平衡向著吸熱方向進行，從T₁到T₂反應物氮氣的量增加，故T₁＜T₂，
故答案為：高于；
②c點氫氣的物質(zhì)的量比ab點多，平衡向右移動，氮氣的轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：c；
③當?shù)獨夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量之比為1：3時達平衡狀態(tài)時氨的百分含量最大，平衡點時產(chǎn)物的產(chǎn)率最大，據(jù)圖示，當平衡時氫氣的物質(zhì)的量為n，故加入N₂的物質(zhì)的量為$\frac{1}{3}$n，當n=3mol反應達到平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率為60%，故起始氮氣濃度為1mol/L，變化的氫氣濃度為1.8mol/L，變化的氮氣濃度為0.6mol/L，平衡時氮氣、氫氣、氨氣的濃度分別是0.4mol/L、1.2mol/L、1.2mol/L，據(jù)K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$=$\frac{1×{2}^{2}}{0.4×1．{2}^{3}}$=$\frac{25}{12}$，
故答案為：$\frac{25}{12}$；
（3）A、b點開始是壓縮注射器的過程，氣體顏色變深，透光率變小，故A正確；
B、c點是壓縮注射器后的情況，二氧化氮和四氧化二氮的濃度都增大，故B錯誤；
C、b點開始是壓縮注射器的過程，平衡正向移動，反應放熱，導致T（b）＜T（c），升溫平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，所以K_b＞K_c，故C正確；
D、c點后的拐點是拉伸注射器的過程，d點是平衡向氣體體積增大的逆向移動過程，所以v（逆）＞v（正），故D錯誤；
故答案為：AC；
（4）①由反應6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O可知，反應中NO₂為氧化劑，NH₃為還原劑，則a為負極，b為正極，負極電極方程式為2NH₃-6e^-+60H^-=N₂+6H₂O，
故答案為：負；2NH₃-6e^-+60H^-=N₂+6H₂O；
②當有0.1mol NO₂被處理時，轉(zhuǎn)移電子為0.1mol×（4-0）=0.4mol，
故答案為：0.4；
③原電池工作時，陰離子向負極移動，為使電池持續(xù)放電，離子交換膜需選用陰離子交換膜，防止二氧化氮反應生成硝酸鹽和亞硝酸鹽，導致原電池不能正常工作，
故答案為：陰離子．

點評 本題主要考查的是反應熱的計算、化學反應平衡移動與圖象、電化學等知識，綜合性較強，難度較大，注意氧化還原反應原理在電化學中的應用．