Question

【題目】科學(xué)家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。

Ⅰ.目前合成氨技術(shù)原理為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=－92.4kJ·mol-1。

（1）在一定體積的容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列描述中能說明該反應(yīng)已達(dá)平衡的是______

A.容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

B.2v(NH3)正=v(N2)逆

C.容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變

D.N2、H2、NH3的物質(zhì)的量之比為1：2：3

（2）673K、30MPa下，向容積為2.0L的恒容密閉容器中充入0.80mol N2和1.60mol H2，反應(yīng)3分鐘達(dá)到平衡時(shí)，NH3的體積分?jǐn)?shù)為20%。

①該條件下反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常數(shù)K=_____（精確到小數(shù)點(diǎn)后一位）；K值越大，表明反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)______

A.H2的轉(zhuǎn)化率一定越高 B.NH3的濃度一定越大

C.正反應(yīng)進(jìn)行得越完全 D.化學(xué)反應(yīng)速率越大

②若達(dá)平衡后再向該容器中充入0.40mol N2和0.40mol NH3，該平衡將______（填“向正反應(yīng)方向移動(dòng)”、“向逆反應(yīng)方向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”）。

Ⅱ.根據(jù)“人工固氮”的最新研究報(bào)道，在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑（摻有少量Fe2O3的TiO2）表面與水發(fā)生下列反應(yīng)：2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g) △H=a kJ·mol-1。進(jìn)一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系，常壓下達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：

T/K	303	313	323
NH3的生成量/(10-6mol)	4.8	5.9	6.0

（1）此合成反應(yīng)的a_____0；ΔS______0，（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（2）已知（K為平衡常數(shù)）：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) K1，2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) K2，則N2(g)+3H2O(1)=2NH3(g)+O2(g)的K=______（用K1、K2表示）。

Ⅲ.已知：4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(1) ΔH= -1316kJ·mol-1，氨是一種潛在的清潔能源，可用作堿性燃料電池的燃料，該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式是_______。

Answer 1

【答案】AC 1.1 C 向逆反應(yīng)方向移動(dòng) > > 2NH3－6e－＋6OH－==N2＋6H2O

【解析】

Ⅰ、（1）A、該反應(yīng)中所有物質(zhì)均為氣體，故氣體的質(zhì)量不變，該反應(yīng)為氣體非等體積反應(yīng)，由可知，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量是變量，當(dāng)容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量不變時(shí)，可說明該反應(yīng)達(dá)到了化學(xué)平衡，故A正確；

B、2v(NH3)正=v(N2)逆的比例不滿足物質(zhì)所對(duì)應(yīng)系數(shù)比，當(dāng)?shù)仁匠闪�時(shí)，不能說明該反應(yīng)達(dá)到了化學(xué)平衡，故B錯(cuò)誤；

C、該反應(yīng)在恒容容器中進(jìn)行，氣體物質(zhì)的量之比等于其壓強(qiáng)之比，因該反應(yīng)為氣體非等體積反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體物質(zhì)的量會(huì)發(fā)生改變，當(dāng)容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變時(shí)，可說明該反應(yīng)達(dá)到了化學(xué)平衡，故C正確；

D、因缺少相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)容器內(nèi)N2、H2、NH3 的物質(zhì)的量之比為 1:2:3時(shí)，反應(yīng)不一定達(dá)到了化學(xué)平衡，故D錯(cuò)誤；

（2）①由反應(yīng) N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始濃度（mol/L） 0.4 0.8 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） x 3x 2x

平衡濃度（mol/L） 0.4-x 0.8-3x 2x

平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)為=0.2，解得x=0.1，

平衡常數(shù)K==1.1；

A、氫氣的轉(zhuǎn)化率與氮?dú)狻�氫氣的投入量等有關(guān)，K值大，氫氣轉(zhuǎn)化率不一定高，故A錯(cuò)誤；

B、氨氣的產(chǎn)率與與氮?dú)�、氫氣的投入量等有關(guān)，K值大，氨氣的產(chǎn)量不一定大，故B錯(cuò)誤；

C、K值越大，表示反應(yīng)進(jìn)行程度大，即正反應(yīng)進(jìn)行得越完全，故C正確；

D、K值越大，表示反應(yīng)進(jìn)行程度大，但該溫度下不一定反應(yīng)發(fā)生，反應(yīng)速率不一定大，故D錯(cuò)誤；

故選C；

②向該容器中充入0.40molN2和0.40molNH3瞬間，c(N2)=0.5mol/L，c(NH3)=0.4mol/L，c(H2)=0.5mol/L，，濃度熵QC==2.56>K，故平衡將向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；

Ⅱ、（1）由表格可知，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，根據(jù)勒夏特列原理，升高溫度，平衡將向吸熱方向移動(dòng)，故該反應(yīng)正向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，a>0；因氣體混亂程度大于氣體，該反應(yīng)正向?yàn)殪卦龇磻?yīng)，故ΔS>0；

（2）①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) K1

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) K2

①-×②可得N2(g)+3H2O(1)=2NH3(g)+O2(g)，故K=；

III、原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價(jià)升高，由此可知負(fù)極上NH3失去電子生成N2，該反應(yīng)電解質(zhì)為堿性，根據(jù)電荷守恒進(jìn)行配平可知該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式是：2NH3-6e-+6OH-=N2＋6H2O。