Question

【題目】工業(yè)合成氨反應(yīng)為：N2（g）+3H2（g）2NH3（g），對其研究如下：

（1）已知H—H鍵能為436kJ·mol－1，N—H鍵能為391kJ·mol－1，N≡N鍵的鍵能是946kJ·mol－1，則上述反應(yīng)的ΔH＝_________________。

（2）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K的表達(dá)式為____________，若反應(yīng)方程式改寫為NH3（g）N2（g）+H2（g），則平衡常數(shù)K1＝____________________（用K表示）。

（3）在773K時，分別將2mol N2和6mol H2充入一個固定容積為1L的密閉容器中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體混合物中n（H2）、n（NH3）與反應(yīng)時間t的關(guān)系如下表：

t/min	0	5	10	15	20	25	30
n（H2）/mol	6.00	4.50	3.60	3.30	3.03	3.00	3.00
n（NH3）/mol	0	1.00	m	1.80	1.98	2.00	2.00

①表格中m＝_______________/span>，15～25min內(nèi)，v（N2）＝_______________。

②該溫度下，若向同容積的另一容器中投入的N2、H2、NH3濃度均為3mol·L－1，此時v正_______v逆（填“＞”、“＜”或“＝”）。

③由表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算得到“濃度～時間”的關(guān)系可用圖中的曲線表示，表示c（N2）～t的曲線是______________（填“甲”、“乙”或“丙”）。在此溫度下，若起始充入4mol N2和12mol H2，反應(yīng)剛達(dá)到平衡時，表示c（H2）的曲線上相應(yīng)的點(diǎn)為_________________。

（4）Marnellos和Stoukides采用電解法合成氨，實(shí)現(xiàn)了常壓合成和氮?dú)獾母咿D(zhuǎn)化率。該方法用SCY陶瓷將兩極隔開，SCY陶瓷具有高質(zhì)子導(dǎo)電性，其作用是傳導(dǎo)H＋，則陰極的電極反應(yīng)為____________________。

Answer 1

【答案】-92kJ·mol－1 K=c2（NH3）/[c3（H2）c（N2）] K-1/2 1.6mol 0.01mol/（Lmin） ＞ 乙 B N2+6e-+6H+=2NH3或N2+6e-+8H+=2NH4+

【解析】

（1）化學(xué)反應(yīng)中，舊鍵斷裂吸收能量，新鍵形成釋放能量；

（2）K=c2（NH3）/[c3（H2）c（N2）]，K1＝c1.5（H2）c0.5（N2）/c（NH3）判斷；

（3）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，10min時，氫氣反應(yīng)2.4mol，則生成1.6mol的氨氣；

②根據(jù)表化學(xué)平衡常數(shù)與Qc的關(guān)系判斷；

③根據(jù)氮?dú)獾某跏?/span>c（N2）=2mol/L判斷；根據(jù)等效平衡及反應(yīng)速率的影響判斷反應(yīng)的點(diǎn)；

（4）電解池中，陰極得電子，化合價降低，則氮?dú)獾秒娮优c氫離子反應(yīng)生成氨氣。

（1）化學(xué)反應(yīng)中，舊鍵斷裂吸收能量，新鍵形成釋放能量，則ΔH＝946+4363-3916=-92kJ/mol；

（2）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=c2（NH3）/[c3（H2）c（N2）]，K1＝c1.5（H2）c0.5（N2）/c（NH3）=K-1/2；

（3）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，10min時，氫氣反應(yīng)2.4mol，則生成1.6mol的氨氣；15～25min內(nèi)，氫氣反應(yīng)0.3mol，則氮?dú)夥磻?yīng)0.1mol，v（N2）＝0.1mol/1L/10min=0.01mol/（Lmin）；

②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，25min時達(dá)到平衡狀態(tài)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為1mol/L、3mol/L、2mol/L，K=4/9，若向同容積的另一容器中投入的N2、H2、NH3濃度均為3mol/L時，Qc=1/9<K，平衡正向移動，v正＞v逆；

③氮?dú)獾某跏?/span>c（N2）=2mol/L，反應(yīng)過程中濃度減小，則曲線乙符合；在此溫度下，若起始充入4mol N2和12mol H2，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，體積減小，平衡正向移動，但氫氣的濃度增大，速率加快，到達(dá)平衡時間減少，則B點(diǎn)符合；

（4）電解池中，陰極得電子，化合價降低，則氮?dú)獾秒娮优c氫離子反應(yīng)生成氨氣，電極反應(yīng)式為N2+6e-+6H+=2NH3或N2+6e-+8H+=2NH4+。