Question

2．氨氣有廣泛用途，工業(yè)上利用反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0合成氨，其基本合成過程如下：

（1）某小組為了探究外界條件對反應(yīng)的影響，以c₀mol/L H₂參加合成氨反應(yīng)，在a、b兩種條件下分別達(dá)到平衡，如圖A．
①a條件下，0～t₀的平均反應(yīng)速率v（N₂）=$\frac{{c}_{0}-{c}_{1}}{300{t}_{0}}$mol•L^-1•min^-1．
②相對a而言，b可能改變的條件是增大c（N₂）．
③在a條件下t₁時刻將容器體積壓縮至原來的$\frac{1}{2}$，t₂時刻重新建立平衡狀態(tài)．請在答題卡相應(yīng)位置畫出t₁～t₂時刻c（H₂）的變化曲線．

（2）某小組往一恒溫恒壓容器充入9mol N₂和23mol H₂模擬合成氨反應(yīng)，圖B為不同溫度下平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)與總壓強(qiáng)（p）的關(guān)系圖．若體系在T₂、60MPa下達(dá)到平衡．
①此時N₂的平衡分壓為9MPa，H₂的平衡分壓為15MPa．（分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）
②列式計算此時的平衡常數(shù)Kp=0.043（MPa）^-2．（用平衡分壓代替平衡濃度計算，結(jié)果保留2位有效數(shù)字）
（3）分離器中的過程對整個工業(yè)合成氨的意義是及時分離出液氨，c（NH₃）減小，使平衡往生成NH₃的方向移動，增大原料利用率（或NH₃產(chǎn)率）．
（4）有人利用NO₂和NH₃構(gòu)成電池的方法，既能實現(xiàn)有效消除氮氧化物的排放減少環(huán)境污染，又能充分利用化學(xué)能進(jìn)行粗銅精煉，如圖C所示，d極為粗銅．
①a極通入NO₂氣體（填化學(xué)式）；
②b極電極反應(yīng)為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①a條件下，0～t₀的平均反應(yīng)速率v（N₂）=v（H₂）=$\frac{1}{3}$×$\frac{△c}{△t}$；
②a、b氫氣起始濃度相同，b到達(dá)平衡的時間縮短，說明反應(yīng)速率增大，平衡時氫氣的正向移動；
③在a條件下t₁時刻將容器體積壓縮至原來的$\frac{1}{2}$，氫氣濃度增大，壓強(qiáng)增大平衡正向進(jìn)行，氫氣濃度減小，t₂時刻重新建立平衡狀態(tài)，濃度大于c₁，據(jù)此畫出圖象變化；
（2）①若體系在T₂、60MPa下達(dá)到平衡，相同溫度下，氣體的體積分?jǐn)?shù)等于其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，
設(shè)平衡時n（NH₃）=xmol，
                     N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol） 9            23                0
反應(yīng)（mol） 0.5x       1.5x              x
平衡（mol）9-0.5x     23-1.5x          x
平衡時氨氣體積分?jǐn)?shù)=$\frac{x}{9-0.5x+23-1.5x+x}$×100%=60%，
x=12，
氮氣分壓=$\frac{9-0.5×12}{9+23-12}$×60MPa；
②此時的平衡常數(shù)Kp等生成物壓強(qiáng)冪之積與反應(yīng)物壓強(qiáng)冪之積的比；
（3）分離器中的過程是分離出氨氣促進(jìn)平衡正向進(jìn)行，提高原料利用率和產(chǎn)物的產(chǎn)量；
（4）根據(jù)圖知，d極為粗銅，為電解池的陽極，e為精銅，為電解池陰極，d為陽極，所以通入a的電極是正極、通入b的電極是負(fù)極，原電池中NH₃和NO₂構(gòu)成原電池，負(fù)極上氨氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上二氧化氮得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）①a條件下，0～t₀的平均反應(yīng)速率v（N₂）=$\frac{1}{3}$v（H₂）=$\frac{1}{3}$×$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1}{3}$×$\frac{（{c}_{0}-{c}_{1}）mol/L}{100{t}_{0}min}$=$\frac{{c}_{0}-{c}_{1}}{300{t}_{0}}$mol/（L．min），
故答案為：$\frac{{c}_{0}-{c}_{1}}{300{t}_{0}}$；
②a、b氫氣起始濃度相同，b到達(dá)平衡的時間縮短，說明反應(yīng)速率增大，平衡時氫氣的濃度減小，說明平衡正向移動，所以改變的條件是增大c（N₂），
故答案為：增大c（N₂）；
（ ③在a條件下t₁時刻將容器體積壓縮至原來的$\frac{1}{2}$，t₂時刻重新建立平衡狀態(tài)，t₁時刻變成2c₁，t₁～t₂時刻的趨勢逐漸減小，終點達(dá)到新的平衡時濃度大于c₁，，
故答案為：；
（2）①若體系在T₂、60MPa下達(dá)到平衡，相同溫度下，氣體的體積分?jǐn)?shù)等于其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，
設(shè)平衡時n（NH₃）=xmol，
                   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）9             23                 0
反應(yīng)（mol）0.5x        1.5x              x
平衡（mol）9-0.5x    23-1.5x            x
平衡時氨氣體積分?jǐn)?shù)=$\frac{x}{9-0.5x+23-1.5x+x}$×100%=60%，
x=12，
氮氣分壓=$\frac{9-0.5×12}{9+23-12}$×60MPa=9MPa；
氨氣的分壓=60%×60MPa=36MPa，
氫氣分壓=60MPa-9MPa-36MPa=15MPa，
此時的平衡常數(shù)Kp=$\frac{（36MPa）^{2}}{（9MPa）（15MPa）^{3}}$=0.043（MPa）^-2，
故答案為：9； 15；0.043（MPa）^-2；
（3）分離器中的過程是分離出氨氣促進(jìn)平衡正向進(jìn)行，及時分離出液氨，c（NH₃）減小，使平衡往生成NH₃的方向移動，增大原料利用率（或NH₃產(chǎn)率）；
故答案為：及時分離出液氨，c（NH₃）減小，使平衡往生成NH₃的方向移動，增大原料利用率（或NH₃產(chǎn)率）；
（4）①根據(jù)圖知，e為精銅，為電解池陰極，d為陽極，所以通入a的電極是正極、通入b的電極是負(fù)極，原電池中NH₃和NO₂構(gòu)成原電池，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，原電池中二氧化氮得電子生成氮氣，氨氣失電子生 成氮氣，所以a電極上通入的是NO₂，
故答案為：NO₂；
②d為粗銅，電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極電極e為精銅，電極上發(fā)生還原反應(yīng)，則a極為正極，正極上二氧化氮得電子生成氮氣，b電極是氨氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氮氣，電極反應(yīng)為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評 本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的計算和影響因素分析、原電池和電解池原理的分析、圖象的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．