Question

13．工業(yè)合成氨反應具有非常重要的意義．
（1）已知：氫氣的燃燒熱為286.0kJ•mol^-1，氨氣的燃燒熱為382.5kJ•mol^-1，則合成氨反應的熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1．
（2）對可逆反應N₂（g）+3H₂（g）≒2NH₃（g） 若起始投料n（N₂）：n（H₂）=1：1，達平衡后，降低溫度，N₂的體積分數會C．
A．增大       B．減小       C．不變        D．不能判斷
（3）T℃，以CO₂和NH₃為原料可合成化肥尿素2NH₃（g）+CO₂（g）═CO （NH₂）₂（s）+H₂O（l）；在2L的密閉容器中，通入1.2mol NH₃和0.6mol CO₂，2min時反應剛好達到平衡，此時，c（NH₃）=0.2mol•L^-1，c（CO₂）=0.1mol•L^-1．
①前2min內，用NH₃濃度變化表示的化學反應速率是0.2mol•L^-1•min^-1．平衡常數K=250．
②若2min 時保持T℃和平衡時容器的壓強不變，再向體積可變的容器中充入0.6mol NH₃，則此時反應的v正＜ v逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．
③若保持T℃，在2min時把容器體積瞬間壓縮到1L且保持體積不變，3min時達到新平衡，請在圖1中畫出2min到3min內NH₃濃度變化曲線

（4）電化學降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染，電化學降解NO₃^- 的原理如圖2所示．
①在如圖2的裝置中，電源正極為A（填“A”或“B”），陰極反應式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂↑+6H₂O．
②若點解過程中轉移了1mol電子，則膜兩側點解液的質量變化差值（△m左-△m右）為7.2g．

Answer 1

分析 （1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-286KJ/mol，
②$\frac{2}{3}$NH₃（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{3}$N₂（g）+H₂O（l）△H=-382.5KJ/mol，①×3-②×2得，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1；
（2）w（N₂）=$\frac{1}{1+1}×100%$=50%，再根據三段式求出反應后氮氣的體積分數，前后進行比較；
（3）據v=$\frac{△c}{△t}$；K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$據此進行計算；
②若保持T℃和平衡時容器的壓強不變，再向體積可變的容器中充入0.6mol NH₃，體積瞬間變?yōu)?L，此時c（NH₃）=0.25mol•L^-1，c（CO₂）=0.05mol•L^-1，反應的濃度商Q=$\frac{1}{0.2{5}^{2}×0.05}$=320，Q＞K，所以平衡逆向移動；
③2min時把容器體積瞬間壓縮到1L，此時c（NH₃）=0.4mol•L^-1，保持T℃不變，平衡常數K不變，則3min平衡時NH₃濃度仍為 0.2mol•L^-1，據此進行作圖；
（4）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極；在陰極反應是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應生成N₂，據此進行分析；
②轉移1mol電子時，陽極產生O₂8 g，并產生1g H⁺進入陰極室，陽極室質量減少9 g，陰極室中放出0.1 mol N₂，質量減少2.8g，同時有1mol H⁺進入陰極室，陰極室質量共減少1.8g，若電解過程中轉移了1mol電子，則膜兩側電解液的質量變化差值（△m_左-△m_右）為9g-1.8g=7.2 g．

解答 解：（1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-286KJ/mol，
②$\frac{2}{3}$NH₃（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{3}$N₂（g）+H₂O（l）△H=-382.5KJ/mol，①×3-②×2得，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1；
（2）開始w（N₂）=$\frac{1}{1+1}×100%$=50%，設開始氮氣，氫氣的物質的量分別為1mil，1mol，
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始量 1              1                    0
轉化量 X            3X                  2X
平衡量 1-X         1-3X               2X，
反應后氮氣的體積分數為$\frac{1-X}{1-X+1-3X+2X}×100%$=$\frac{1-X}{2-2X}$×100%=50%，則N₂的體積分數恒為50%，由此可見，平衡時N₂的體積分數保持不變，
故答案為：C；
（3）①2NH₃（g）+CO₂（g）═CO （NH₂）₂（s）+H₂O（l）；
初始量（c） 0.6               0.3               0                            0
轉化量          0.4               0.2
平衡量          0.2               0.1
v（NH₃）=$\frac{0.4mol/L}{2min}$=0.2mol•L^-1•min^-1；
K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$=$\frac{1}{0．{2}^{2}×0.1}$=250；
故答案為：0.2mol•L^-1•min^-1；250；
②若保持T℃和平衡時容器的壓強不變，再向體積可變的容器中充入0.6mol NH₃，體積瞬間變?yōu)?L，此時c（NH₃）=0.25mol•L^-1，c（CO₂）=0.05mol•L^-1，反應的濃度商Q=$\frac{1}{0.2{5}^{2}×0.05}$=320，Q＞K，所以平衡逆向移動，v正＜v逆，
故答案為：＜；
③2min時把容器體積瞬間壓縮到1L，此時c（NH₃）=0.4mol•L^-1，保持T℃不變，平衡常數K不變，則3min平衡時NH₃濃度仍為 0.2mol•L^-1，故圖象，
故答案為：；
（4）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極；在陰極反應是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知陰極上發(fā)生的電極反應式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂↑+6H₂O，
故答案為：A；2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂↑+6H₂O；
②轉移1mol電子時，陽極產生O₂8 g，并產生1g H⁺進入陰極室，陽極室質量減少9 g，陰極室中放出0.1 mol N₂，質量減少2.8g，同時有1mol H⁺進入陰極室，陰極室質量共減少1.8g，若電解過程中轉移了1mol電子，則膜兩側電解液的質量變化差值（△m_左-△m_右）為9g-1.8g=7.2 g，
故答案為：7.2．

點評 本題考查熱化學方程式的書寫，化學反應速率及平衡常數的計算，電極反應方程式的書寫等，本題難度中等．