Question

（14分）合成氨是人類研究的重要課題，目前工業(yè)合成氨的原理為：

合成氨是人類研究的重要課題，目前工業(yè)合成氨的原理為：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=-93.0kJ?mol-1，在3個(gè)2L的密閉容器中，使用相同的催化劑，按不同方式投入反應(yīng)物，分別進(jìn)行反應(yīng)：

相持恒溫、恒容，測(cè)的反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	2mol NH3
達(dá)到平衡的時(shí)間/min		6	8
平衡時(shí) N2的體積密度	C1	1.5
混合氣體密度/g·L-1
平衡常數(shù)/ L2·mol-2	K甲	K乙	K丙

（1）下列各項(xiàng)能說(shuō)明該反應(yīng)已到達(dá)平衡狀態(tài)的是 （填寫序號(hào)字母）

a.容器內(nèi)H2、N2 、NH3的濃度只比為1：3：2 b.容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

c. d.混合氣體的密度保持不變

e.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

（2）容器乙中反應(yīng)從開始到達(dá)平衡的反應(yīng)速度為=

（3）在該溫度下甲容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)K （用含C1的代數(shù)式表示）

（4）分析上表數(shù)據(jù)，下列關(guān)系正確的是 （填序號(hào)）：

a. b.氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率： c. d.

（5）另?yè)?jù)報(bào)道，常溫、常壓下，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)，生成NH3和O2。已知：H2的燃燒熱△H=-286KJ/mol，則由次原理制NH3反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

（6）希臘阿里斯多德大學(xué)的George Mamellos和Michacl Stoukides,發(fā)明了一種合成氨的新方法，在常壓下，把氫氣和用氨氣稀釋的氮?dú)夥謩e通入一個(gè)加熱到的電解池，李勇能通過(guò)的氫離子的多孔陶瓷固體作電解質(zhì)，氫氣和氮?dú)庠陔姌O上合成了氨，轉(zhuǎn)化率達(dá)到78%，在電解法合成氨的過(guò)程中，應(yīng)將N2不斷地通入 極，該電極反應(yīng)式為 。

 

Answer 1

（14分，每空2分）（1）be（全對(duì)2分，對(duì)1個(gè)得1分，有錯(cuò)不得分）

（2）0.25mol/(L·min)（單位不寫或錯(cuò)寫扣1分）

（3）K=4（1-C1）2/C1·(3C1-1.5)3

（4）C

（5）2N2(g)+6H2O(l)=4 NH3(g)+3 O2(g) △H=+1530kJ·mol-1

（6）陰 N2+6H+++6e-==2 NH3

【解析】

試題分析：（1）合成氨反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量發(fā)生變化的可逆反應(yīng)，所以壓強(qiáng)不變時(shí)證明已達(dá)平衡狀態(tài)，b正確；容器內(nèi)的各物質(zhì)的濃度比符合化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)未必是平衡狀態(tài)，a錯(cuò)誤；根據(jù)好好的定義，正逆反應(yīng)速率相等時(shí)達(dá)平衡狀態(tài)，氫氣的反應(yīng)速率是氮?dú)夥磻?yīng)速率的3倍，c錯(cuò)誤；容器的體積不變，所以氣體的密度始終不變，d錯(cuò)誤；氣體的質(zhì)量不變，而氣體的總物質(zhì)的量變化，當(dāng)平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)已達(dá)平衡狀態(tài)，e正確，答案選be；

（2）根據(jù)氮?dú)獾捏w積密度即濃度可計(jì)算平衡時(shí)氮氣的物質(zhì)的量為3mol，則消耗氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量是1mol，氫氣的物質(zhì)的量是3mol，所以用氫氣表示的反應(yīng)速率為3mol/2L/6min=0.25 mol/(L·min);

（3）氮?dú)狻�氫氣的起始濃度分別為1mol/L、1.5mol/L,根據(jù)氮?dú)馄胶鈺r(shí)的濃度可計(jì)算消耗氮?dú)獾臐舛葹?- C1，消耗氫氣的濃度是3（1- C1），生成氨氣的濃度為2（1- C1），根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式可得K甲=c(NH3)2/c(N2)c(H2)3=4（1-C1）2/C1·(3C1-1.5)3

（4）A、乙容器的反應(yīng)物濃度是甲容器的2倍，保持恒溫、恒容，乙容器相當(dāng)于在2個(gè)甲的基礎(chǔ)上又正向移動(dòng)，氮?dú)獾臐舛葴p小，所以2 C1>1.5mol/L,錯(cuò)誤；B、把丙的2mol氨氣轉(zhuǎn)化為3mol氫氣和1mol氮?dú)馀c丙達(dá)到的平衡是等效的。甲與丙相比，甲的氫氣濃度大，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率高，錯(cuò)誤；C、乙容器的氣體質(zhì)量是甲容器的氣體質(zhì)量的2倍，容器的體積都為2L，所以，正確；D、三個(gè)容器的溫度相同，則化學(xué)平衡常數(shù)相等，錯(cuò)誤，答案選C；

（5）根據(jù)蓋斯定律N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=-93.0kJ?mol-1，①

2 H2（g）+O2（g）=2 H2O(l) △H=-572 kJ?mol-1 ②

則2N2(g)+6H2O(l)=4 NH3(g)+3 O2(g)的△H=①×2-②×3=+1530 kJ?mol-，所以所求熱化學(xué)方程式為

2N2(g)+6H2O(l)=4 NH3(g)+3 O2(g) △H=+1530kJ·mol-1

（6）氮氣中的N元素化合價(jià)為0，氨氣中的N元素的化合價(jià)為-3，所以氮氣發(fā)生還原反應(yīng)，則氮氣是電解池的陰極；發(fā)生的電極反應(yīng)式為N2+6H+++6e-==2 NH3

考點(diǎn)：考查化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，蓋斯定律的應(yīng)用，電化學(xué)原理的應(yīng)用，反應(yīng)速率的計(jì)算