Question

16．人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的過(guò)程．
Ⅰ．最近一些科學(xué)家研究采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）實(shí)驗(yàn)氮的固定一電解法合成氨，大大提高了氮?dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率．總反應(yīng)式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
（1）則在電解法合成氨的過(guò)程中，應(yīng)將H₂不斷地通入陽(yáng)極（填“陰”或“陽(yáng)”）；向另一電極通入N₂，該電極的反應(yīng)式為N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．
（2）燃燒電池是一種高效的新型電池，如果以甲醇和空氣為反應(yīng)物，碳酸鉀溶液作為電解質(zhì)溶液，設(shè)計(jì)成燃料電池，則該電池工作時(shí)負(fù)極反應(yīng)是CH₃OH+7CO₃^2-+2H₂O-6e^-═8HCO₃^-；總反應(yīng)是：2CH₃OH+3O₂+2CO₃^2-═4HCO₃^-+2H₂O（寫(xiě)離子方程式）；
Ⅱ．據(jù)報(bào)道，在一定條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應(yīng)，主要產(chǎn)物為NH₃，相應(yīng)的反應(yīng)方程式為：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=Q．
（1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}$．
（2）若上述反應(yīng)在有催化劑的情況下發(fā)生，則下圖所示的a、b、c、d四條曲線中，能表示反應(yīng)體系能量變化的是d（選填字母代號(hào)），圖中△H的絕對(duì)值為1530kJ•mol^-1．
Ⅲ．目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol．
回答下列問(wèn)題：
（1）結(jié)合Ⅱ中的數(shù)據(jù)，則2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）的△H=-572KJ/mol．
（2）在一定溫度下，將1molN₂和3mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)得氣體總物質(zhì)的量為2.8mol．
①達(dá)平衡時(shí)，H₂的轉(zhuǎn)化率α₁=60%．
②在相同條件下（等溫、等容），若起始時(shí)只將NH₃置于該容器中，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)NH₃的轉(zhuǎn)化率為α₂，當(dāng)α₁+α₂=1時(shí)，則起始時(shí)NH₃的物質(zhì)的量n（NH₃）=2mol．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）在電解法合成氨的過(guò)程中，氫氣發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)在陽(yáng)極通入，氮?dú)獍l(fā)生還原反應(yīng)，在陰極通入，陰極上是氮獲得電子，與質(zhì)子結(jié)合生成氨氣；
（2）本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳再與碳酸鉀反應(yīng)生成碳酸氫鉀，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子生成碳酸氫根；
Ⅱ．（1）平衡常數(shù)為生成物平衡濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪乘積與反應(yīng)物平衡濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪乘積的比；
（2）正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則反應(yīng)物總能量小于生成物總能量，使用催化劑降低活化能，而反應(yīng)熱只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，催化劑不影響反應(yīng)熱；
Ⅲ．（1）①2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H═+1530kJ/mol，
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-93.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律計(jì)算，（②×2-①）÷3得到：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g），焓變也進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算；
（2）①在一定溫度下，將1molN₂和3mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)得氣體總物質(zhì)的量為2.8mol，設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)鉃閤mol，則：
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1      3         0
變化量（mol）：x      3x        2x
平衡量（mol）：1-x    3-3x      2x
再根據(jù)平衡時(shí)總物質(zhì)的量列方程計(jì)算解答；
②在相同條件下，若起始時(shí)只將NH₃置于該容器中，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)NH₃的轉(zhuǎn)化率為a₂，當(dāng)a₁+a₂=1時(shí)，則與原平衡為等效平衡，完全轉(zhuǎn)化到左邊滿足1molN₂和3mol H₂．

解答 解：Ⅰ．在電解法合成氨的過(guò)程中，氫氣發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)在陽(yáng)極通入，氮?dú)獍l(fā)生還原反應(yīng)，在陰極通入，陰極上是氮獲得電子，與質(zhì)子結(jié)合生成氨氣，陰極電極反應(yīng)式為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案為：陽(yáng)；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（2）本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳再與碳酸鉀反應(yīng)生成碳酸氫鉀，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子生成碳酸氫根，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH+7CO₃^2-+2H₂O-6e^-═8HCO₃^-，總反應(yīng)離子方程式為：2CH₃OH+3O₂+2CO₃^2-═4HCO₃^-+2H₂O，
故答案為：CH₃OH+7CO₃^2-+2H₂O-6e^-═8HCO₃^-；2CH₃OH+3O₂+2CO₃^2-═4HCO₃^-+2H₂O；
Ⅱ．（1）2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}$；
（2）正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則反應(yīng)物總能量小于生成物總能量，使用催化劑降低活化能，而反應(yīng)熱只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，催化劑不影響反應(yīng)熱，圖中曲線d符合，
故答案為：d；
Ⅲ．（1）①2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H═+1530kJ/mol，
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-93.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律計(jì)算，（②×2-①）÷3得到：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H═-572KJ/mol；
故答案為：-572KJ/mol；
（2）①在一定溫度下，將1molN₂和3mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)得氣體總物質(zhì)的量為2.8mol，設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)鉃閤mol，則：
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1      3         0
變化量（mol）：x      3x        2x
平衡量（mol）：1-x    3-3x      2x
故1-x+3-3x+2x=2.8，解得x=0.6，故氫氣的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.8mol}{3mol}$×100%=60%，
故答案為：60%；
②在相同條件下，若起始時(shí)只將NH₃置于該容器中，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)NH₃的轉(zhuǎn)化率為a₂，當(dāng)a₁+a₂=1時(shí)，則與原平衡為等效平衡，完全轉(zhuǎn)化到左邊滿足1molN₂和3mol H₂，則n（NH₃）=2mol，
故答案為：2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、電化學(xué)、反應(yīng)熱計(jì)算、等效平衡等，Ⅲ中（2）注意理解等效平衡規(guī)律，難度中等．