Question

利用N₂和H₂可以實(shí)現(xiàn)NH₃的工業(yè)合成，而氨又可以進(jìn)一步制備硝酸，在工業(yè)上一般可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
寫(xiě)出氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮?dú)怏w和水蒸氣的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對(duì)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）反應(yīng)的影響．
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示：

（圖中T表示溫度，n表示物質(zhì)的量）
①圖象中T₂和T₁的關(guān)系是：T₂

 

T₁（填“高于”“低于”“等于”“無(wú)法確定”）
②比較在a、b、c三點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N₂的轉(zhuǎn)化率最高的是

 

（填字母）．
③若容器容積為1L，在起始體系中加入1mol N₂，n=3mol反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率為60%，則此條件下（T₂），反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．保持容器體積不變，再向容器中加入1mol N₂，3mol H₂反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的轉(zhuǎn)化率將

 

（填“增大”、“減”或“不變”）．
（3）N₂O₅是一種新型硝化劑，其性質(zhì)和制備受到人們的關(guān)注．
①一定溫度下，在恒容密閉容器中N₂O₅可發(fā)生下列反應(yīng)：
2N₂O₅（g）═4NO₂（g）+O₂（g）△H＞0下表為反應(yīng)在T₁溫度下的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

t/s	0	50	100
c（N2O5）/mol?L-1	5.0	3.5	2.4

則50s內(nèi)NO₂的平均生成速率為

 

．
②現(xiàn)以H₂、O₂、熔融鹽Na₂CO₃組成的燃料電池，采用電解法制備N(xiāo)₂O₅，裝置如圖2所示，其中Y為CO₂．
寫(xiě)出石墨I(xiàn)電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式

 

．在電解池中生成N₂O₅的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,反應(yīng)速率的定量表示方法,產(chǎn)物的百分含量隨濃度、時(shí)間的變化曲線,化學(xué)平衡的計(jì)算

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來(lái)求反應(yīng)的焓變，然后根據(jù)反應(yīng)放出的熱量與物質(zhì)的量成正比；
（2）①根據(jù)溫度升高化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行；
②根據(jù)a、b、c三點(diǎn)的意義來(lái)回答；
③根據(jù)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比為等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)，達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)生成物的百分含量最大；根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)是反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大、生成物的產(chǎn)率最大來(lái)回答；先求出各自的平衡濃度，然后根據(jù)平衡常數(shù)的概念來(lái)回答；
（3）結(jié)合表中數(shù)據(jù)，根據(jù)v（N₂O₅）=

△c

△t

求算；
②燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；先根據(jù)化合價(jià)判斷生成N₂O₅的電極，再根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式．

解答： 解：（1）N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol       ①
        N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol       ②
        2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol      ③
由蓋斯定律①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=905.0kJ/mol；     
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol；   
（2）①反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行，從T₁到T₂反應(yīng)物氨氣的量增加，平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)放熱，故T₂＜T₁，故答案為：低于；
 ②b點(diǎn)代表平衡狀態(tài)，c點(diǎn)又加入了氫氣，故平衡向右移動(dòng)，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率增大，故答案為：c；
 ③當(dāng)?shù)獨(dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量之比為1：3時(shí)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)氨的百分含量最大，平衡點(diǎn)時(shí)產(chǎn)物的產(chǎn)率最大，據(jù)圖示，當(dāng)平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為n，故加入N₂的物質(zhì)的量為

n

3

，當(dāng)n=3mol反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率為60%，故起始氮?dú)鉂舛葹?，mol/l，變化的氫氣濃度為1.8mol/l，變化的氮?dú)鉂舛葹?.6mol/l，平衡時(shí)氮?dú)�、氫氣、氨氣的濃度分別是0.4mol/l、1.2mol/l、1.2mol/l，據(jù)K=

c2(NH3)

c3(H2)?c(N2)

=

1．22

1．23?0.4

=2.08，保持容器體積不變，再向容器中加入1mol N₂，3mol H₂反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率將增大，
故答案為：2.08；增大；
（3）①由圖可知，50s內(nèi)N₂O₅表示的反應(yīng)速率=

(5.0-3.5)mol/L

50s

═0.03mol?L^-1?s^-1，二氧化氮表示的反應(yīng)速率是四氧化二氮的2倍，即為：0.06mol?L^-1?s^-1，
故答案為：0.06mol?L^-1?s^-1；
②燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；
N₂O₅中氮元素的化合價(jià)是+5價(jià)，而硝酸中氮元素也是+5價(jià)．因此應(yīng)該在左側(cè)生成N₂O₅，即在陽(yáng)極區(qū)域生成，據(jù)電極反應(yīng)離子放電順序可知：陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑的反應(yīng)，則陽(yáng)極為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案為：H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了蓋斯定律、化學(xué)平衡常數(shù)、外界條件對(duì)反應(yīng)速率和平衡的影響、電解池的工作原理知識(shí)，難度較大，易錯(cuò)題為（3）②題，會(huì)根據(jù)化合價(jià)的變化確定生成N₂O₅的電極，根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鱿鄳?yīng)的電極反應(yīng)式．