Question

16．目前工業(yè)合成氨的原理是N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1．
（1）已知一定條件下：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1 530.0kJ•mol^-1．則氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ/mol．
（2）如圖1，在恒溫恒容裝置中進行合成氨反應(yīng)．

①表示N₂濃度變化的曲線是C．
②前25min內(nèi)，用H₂濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率是0.12 mol•L^-1•min^-1．
③在25min末剛好平衡，則平衡常數(shù)K=$\frac{4}{27}$．
（3）在恒溫恒壓裝置中進行工業(yè)合成氨反應(yīng)，下列說法正確的是AD．
A．氣體體積不再變化，則已平衡
B．氣體密度不再變化，尚未平衡
C．平衡后，往裝置中通入一定量Ar，壓強不變，平衡不移動
D．平衡后，壓縮容器，生成更多NH₃
（4）電廠煙氣脫氮的主反應(yīng)：①4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0，
副反應(yīng)：②2NH₃（g）+8NO（g）?5N₂O（g）+3H₂O（g）△H＞0．
平衡混合氣中N₂與N₂O含量與溫度的關(guān)系如圖2．
請回答：在400～600K時，平衡混合氣中N₂含量隨溫度的變化規(guī)律是隨溫度升高，N₂的含量降低，導(dǎo)致這種規(guī)律的原因是主反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫使主反應(yīng)的平衡左移或者副反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫使副反應(yīng)的平衡右移，降低了NH₃和NO濃度，使主反應(yīng)的平衡左移（任答合理的一條原因）．
（5）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖3所示，石墨 I 極反應(yīng)生成一種氧化物Y，有關(guān)電極反應(yīng)可表示為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，即必須在石墨Ⅱ電極處通入一種氧化物Y，Y是N₂O₅（填物質(zhì)的化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）已知：①2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+l530.0kJ•mol^-1，
②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，（②×2-①）÷6可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）；
（2）①根據(jù)圖象可知，反應(yīng)進行到25min時曲線A減少了6mol/L-3mol/L=3mol/L，C減少了2.0mol/L-1.0mol/L=1.0mol/L，因此根據(jù)方程式可知表示N₂濃度變化的曲線是C；
②前25 min內(nèi)，氫氣濃度減少了3mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算用H₂濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率；
③在25 min末剛好平衡，此時氮氣、氫氣和氨氣的濃度分別是1.0mol/L、3mol/L、2mol/L，再根據(jù)K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$計算平衡常數(shù)；
（3）A．正反應(yīng)是體積減少的可逆反應(yīng)，因此在恒溫恒壓下氣體體積不再變化時已平衡；
B．在反應(yīng)過程中質(zhì)量始終不變，但容器容積是變化的，所以密度是變化的，因此氣體密度不再變化說明反應(yīng)達到平衡；
C．平衡后，往裝置中通入一定量Ar，壓強不變，容器容積增加，濃度降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動；
D．平衡后，壓縮容器，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向進行；
（4）根據(jù)圖2中隨著溫度升高，氮氣、N₂O的含量變化進行分析；根據(jù)溫度對化學(xué)平衡影響及兩個可逆反應(yīng)的反應(yīng)熱情況進行分析；
（5）燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)，據(jù)此分析．

解答 解：（1）已知：①2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+l530.0kJ•mol^-1，
②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，（②×2-①）÷6可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ/mol
故答案為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ/mol；
（2）①根據(jù)圖象可知，反應(yīng)進行到25min時曲線A減少了6mol/L-3mol/L=3mol/L，C減少了2.0mol/L-1.0mol/L=1.0mol/L，因此根據(jù)方程式可知表示N₂濃度變化的曲線是C；故答案為：C；
②前25 min內(nèi)，氫氣濃度減少了3mol/L，則用H₂濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率是3mol/L÷25min=0.12 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.12 mol•L^-1•min^-1；
③在25 min末剛好平衡，此時氮氣、氫氣和氨氣的濃度分別是1.0mol/L、3mol/L、2mol/L，則平衡常數(shù)K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{2{\;}^{2}}{1×3{\;}^{3}}$=$\frac{4}{27}$，
故答案為：$\frac{4}{27}$；
（3）A．正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒溫恒壓下，隨反應(yīng)進行體積減少，因此在恒溫恒壓下氣體體積不再變化時已平衡，故A正確；
B．在反應(yīng)過程中質(zhì)量始終不變，但容器容積是變化的，所以密度是變化的，因此氣體密度不再變化說明反應(yīng)達到平衡，故B錯誤；
C．平衡后，往裝置中通入一定量Ar，壓強不變，容器容積增加，濃度降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故C錯誤；
D．平衡后，壓縮容器，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向進行，因此生成更多NH₃，故D正確，
故選：AD；
（4）根據(jù)圖象可知，在400K～600K時，平衡混合氣中N₂含量隨溫度的升高逐漸降低；主反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向著逆向移動，氮氣的含量減小，
故答案為：隨溫度升高，N₂的含量降低；主反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫使主反應(yīng)的平衡左移或者副反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫使副反應(yīng)的平衡右移，降低了NH₃和NO濃度，使主反應(yīng)的平衡左移；
（5）燃料電池的負極上發(fā)生燃料失去電子的氧化反應(yīng)，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，負極生成N₂O₅，為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，即必須在石墨電極Ⅱ電極處通入N₂O₅，
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；N₂O₅．

點評 本題考查蓋斯定律、化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡移動的影響因素、原電池原理的應(yīng)用和電極反應(yīng)書寫，難度不大，注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握．