Question

在容積固定且為2L的密閉容器中進行反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，恒溫條件下，體系中某兩種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間關(guān)系圖，回答下列問題：
（1）圖象中a、b、c、d四點，其中處于平衡狀態(tài)的點有

 

．
（2）用H₂表示15分鐘內(nèi)的反應(yīng)速率為v（H₂）=

 

．達到平衡狀態(tài)時，下列說法不正確的是

 

．
A．2v（N₂）_正=v（NH₃）_逆
B．容器的總壓強不再隨時間而變化
C．N₂、NH₃的分子數(shù)之比保持1：2不變
D．混合氣體的摩爾質(zhì)量保持不變
E．充入少量He時平衡體系中H₂的體積百分含量將會減小
（3）25min時采用的措施是

 

；若從a點時刻改變某一條件，以實現(xiàn)達到d點時的狀態(tài)，此時K_b

 

K_d（填“＜”、“＞”或“=”）．
（4）以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以1L濃度均為0.05mol?L^-1的HCl-NH₄Cl混合液為電解質(zhì)溶液的燃料電池，請寫出電池工作時的正極反應(yīng)式：

 

．已知NH₃?H₂O在常溫下的電離平衡常數(shù)為K，N₂-H₂燃料電池工作一段時間后溶液的pH=7，求電路中通過的電子的物質(zhì)的量為

 

（用含K的代數(shù)式表示，假設(shè)NH₃與H₂O完全轉(zhuǎn)化為NH₃?H₂O且忽略溶液體積的變化）．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的調(diào)控作用,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）當(dāng)可逆反應(yīng)中各組分濃度不再變化時，說明該反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)，據(jù)此結(jié)合圖象進行判斷；
（2）物質(zhì)的量變化與方程式中的化學(xué)計量數(shù)成正比，根據(jù)圖象中達到平衡狀態(tài)時物質(zhì)的量變化找出二者化學(xué)計量數(shù)之比，然后判斷兩曲線分別代表的物質(zhì)，再根據(jù)反應(yīng)速率的表達式計算出15分鐘內(nèi)的反應(yīng)速率為v（H₂）；根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征進行判斷；
（3）結(jié)構(gòu)25min時氨氣的物質(zhì)的量有1.2mol變?yōu)?.4mol，而氮氣的物質(zhì)的量不變進行判斷改變的條件；根據(jù)溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變進行解答；
（4）N₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)生成NH₄⁺，以此書寫電極反應(yīng)式；根據(jù)溶液pH=7可知溶液中c（OH^-）=c（H⁺）=10^-7mol/L，然后根據(jù)一水合氨的電離平衡常數(shù)計算出溶液中氨水的濃度，再計算出氮氣反應(yīng)生成氨氣和銨根離子的物質(zhì)的量，最后計算出轉(zhuǎn)移的電子數(shù)．

解答： 解：（1）根據(jù)圖象可知，在a、c兩點，對應(yīng)的物質(zhì)的物質(zhì)的量仍然發(fā)生變化，說明沒有達到平衡狀態(tài)，而b、d兩點，對應(yīng)的物質(zhì)濃度不再變化，說明已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，
故答案為：bd；
（2）根據(jù)圖象可知，b所在的曲線達到平衡時物質(zhì)的量變化為：1.2mol-0.8mol=0.4mol，d所在的曲線達到平衡時濃度變化為：1.2mol-1.0mol=0.2mol，二者的濃度變化之比為：0.2mol：0.4mol=1：2，化學(xué)計量數(shù)為1：2的為氮氣和氨氣，所以從0.8mol開始反應(yīng)的曲線代表的是氨氣的物質(zhì)的量變化曲線，從1.2mol開始反應(yīng)的曲線代表的是氮氣的物質(zhì)的量變化曲線，第一次達到平衡狀態(tài)時，氮氣的物質(zhì)的量減小了0.2mol，則氫氣的物質(zhì)的量變化為：0.2mol×3=0.6mol，用氫氣表示15min內(nèi)平均反應(yīng)速率為：v（H₂）=

0.6mol 2L

15min

=0.02mol/（L?min）；
A．2v（N₂）_正=v（NH₃）_逆：表示的是正逆反應(yīng)速率，且正逆反應(yīng)速率相等，說明達到了平衡狀態(tài)，故A正確；
B．容器的總壓強不再隨時間而變化：達到平衡狀態(tài)時，各組分的百分含量不再變化，所以氣體的總物質(zhì)的量不變，容器容積不變，所以容器的總壓強不再隨時間而變化，故B正確；
C．N₂、NH₃的分子數(shù)之比保持1：2不變：達到平衡狀態(tài)時，氮氣和氨氣的分子數(shù)不再變化，但是不一定為1：2，故C錯誤；
D．混合氣體的摩爾質(zhì)量保持不變：達到平衡狀態(tài)時，混合氣體的總質(zhì)量不變，氣體的總物質(zhì)的量不變，所以混合氣體的摩爾質(zhì)量保持不變，故D正確；
E．充入少量He時平衡體系中H₂的體積百分含量將會減�。撼淙胂∮袣怏w，由于各組分的濃度不變，所以化學(xué)平衡不移動，各組分的含量不變，故E錯誤；
故答案為：0.02mol/（L?min）；CE；
（3）根據(jù)圖象可知，25min時氨氣的物質(zhì)的量突然有1.2mol變?yōu)?.4mol，氨氣減少了0.8mol，而此時氮氣的物質(zhì)的量不變，說明改變的條件是減小了0.8mol氨氣；由于從平衡狀態(tài)b到d，溫度沒有變化，則化學(xué)平衡常數(shù)不變，即：K_b=K_d，
故答案為：分離出0.8mol氨氣；=；
（4）以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl為電解質(zhì)溶液制取新型燃料電池，N₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)生成NH₄⁺，電極反應(yīng)式為：N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺；
已知NH₃?H₂O在常溫下的電離平衡常數(shù)為K，N₂-H₂燃料電池工作一段時間后溶液的pH=7，則溶液中c（OH^-）=c（H⁺）=10^-7mol/L，根據(jù)電荷守恒可得：c（Cl^-）=c（NH₄⁺）=0.1mol/L，氨水的電離平衡常數(shù)為：K=

c(N H + 4 )?c(OH-)

c(NH3?H2O)

=

0.1×1×10-7

c(NH3?H2O)

，則溶液中氨水濃度為：c（NH₃?H₂O）=

1×10-8

K

mol/L，原電池工作中生成銨根離子和氨水總的物質(zhì)的量為：（0.05mol/L+

1×10-8

K

mol/L）×1L=（0.05+

1×10-8

K

）mol，氮氣的化合價為0，氨水和銨根離子中氮元素的化合價為-3價，化合價降低了3價，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為：=（0.05+

1×10-8

K

）mol×3=3×（0.05+

1×10-8

K

）mol，

故答案為：N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺；3×（0.05+

1×10-8

K

）mol．

點評：本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率的計算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)電源新型電池的工作原理及計算，題目難度稍大，注意掌握化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡狀態(tài)的概念及判斷方法，明確化學(xué)反應(yīng)速率的計算方法，（4）的第二問為難點，注意利用一水合氨的電離平衡常數(shù)正確計算出氮氣生成的銨根離子和一水合氨的物質(zhì)的量．