Question

利用合成氨生產(chǎn)尿素[CO（NH₂）₂]是重要的化學(xué)工藝．在3個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，分別進行反應(yīng)：3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）．保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達到平衡時有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	3mol H2、2mol N2	6mol H2、4molN2	2molNH3
達到平衡的時間/min		5	8
平衡時N2的濃度/mol?L-1	c1	1.5
NH3的體積分?jǐn)?shù)	ω1		ω3
混合氣體密度/g?L-1	ρ1	ρ2
平衡常數(shù)/L2?mol-2	K甲	K乙	K丙

（1）下列各項能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是

 

（填寫序號字母）．
a．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2  
b．v（N₂）正=3v（H₂）逆
c．容器內(nèi)壓強保持不變
d．混合氣體的密度保持不變
（2）容器乙中反應(yīng)從開始到達平衡的反應(yīng)速率為v（H₂）=

 

（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）：
a．2c₁＞1.5mol/L    b．2ρ₁=ρ₂    c．ω₃=ω₁ d．K_甲=K_乙=K_丙
（5）氨和尿素溶液都可以吸收硝酸工業(yè)尾氣中的NO、NO₂，將其轉(zhuǎn)化為N₂．寫出尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（6）氨氮廢水（含NH₃、NaOH和Na₂SO₄）超標(biāo)排放會造成水體富營養(yǎng)化．如圖通過直接電化學(xué)法能有效除去廢水中的氨．其中陰離子的流動方向為

 

 （填“向a極”或“向b極”），電解過程中，b極區(qū)的pH

 

 （填“增大”或“減小”或“不變”），陽極反應(yīng)方程式為

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,電解原理

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變、物質(zhì)的量濃度不變、百分含量不變以及由此引起的一系列物理量不變；
（2）先計算氮氣的反應(yīng)速率，再根據(jù)同一可逆反應(yīng)同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比計算氫氣反應(yīng)速率；
（3）甲容器中，反應(yīng)前氫氣濃度為：c（H₂）=

3

2

mol/L=1.5mol/L，氮氣的濃度為：

2

2

mol/L=1mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為：（1-c₁）mol/L，
由化學(xué)平衡的三段式可得：
               3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應(yīng)前（mol/L）：1.5           1             0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁） （1-c₁）    2（1-c₁）
反應(yīng)后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁） 1-（1-c₁） 2（1-c₁）
化學(xué)平衡常數(shù)K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

；
（4）先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化成反應(yīng)物氮氣、氫氣的物質(zhì)的量，然后利用等效平衡知識進行分析；
（5）尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應(yīng)生成二氧化碳、氮氣和水；
（6）電解時，陰離子向陽極移動，b電極上氫離子放電生成氫氣，同時溶液中生成氫氧根離子；陽極上氨氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮氣和水．

解答： 解：（1）a．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2時，該反應(yīng)不一定達到平衡狀態(tài)，與反應(yīng)物的量及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故A錯誤；  
b．3v（N₂）正=v（H₂）逆時該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，所以v（N₂）正=3v（H₂）逆時該反應(yīng)沒有達到平衡狀態(tài)，故錯誤；
c．該反應(yīng)的反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小，所以壓強減小，當(dāng)容器內(nèi)壓強保持不變時該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故正確；
d．無論該反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)，氣體質(zhì)量不變、容器體積不變，則混合氣體的密度保持不變，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
故選c；
（2）氮氣的反應(yīng)速率=

4mol 2L -1.5mol/L

5min

=0.1mol/（L．min），同一可逆反應(yīng)同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比，所以氫氣反應(yīng)速率=0.3mol/（L．min），故答案為：0.3mol/（L．min）；
（3）甲容器中，反應(yīng)前氫氣濃度為：c（H₂）=

3

2

mol/L=1.5mol/L，氮氣的濃度為：

2

2

mol/L=1mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為：（1-c₁）mol/L，
由化學(xué)平衡的三段式可得：
               3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應(yīng)前（mol/L）：1.5           1             0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁） （1-c₁）    2（1-c₁）
反應(yīng)后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁） c₁       2（1-c₁）
化學(xué)平衡常數(shù)K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

=

[2(1-c1)]2

c1．[1.5-3(1-c1)]3

=

(2-2c1)2

c1．(3c1-1.5)3

，
故答案為：

(2-2c1)2

c1．(3c1-1.5)3

；
（4）恒溫、恒容條件下：
a．假設(shè)乙容器的容積為4L，則達到平衡時甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時氮氣的濃度為c₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動，2c₁=1.5mol/L，由于壓強增大，平衡向著正向移動，氨氣的濃度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故a正確；
b．反應(yīng)前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質(zhì)量為甲的2倍，根據(jù)ρ=

m

V

可知：2ρ₁=ρ₂，故b正確；
c．丙中2mol氨氣相當(dāng)于加入了1mol氮氣、3mol氫氣，而甲中為3mol H₂、2mol N₂，由于丙反應(yīng)物氮氣的物質(zhì)的量減小，生成的氨氣的物質(zhì)的量減小，所以ω₃＜ω₁，故c錯誤；
d．K_甲=K_乙=K_丙，溫度相同，K值相同，故d正確；
故選abd；
（5）尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應(yīng)生成二氧化碳、氮氣和水，反應(yīng)方程式為
CO（NH₂）₂+NO+NO₂=CO₂+2N₂+2H₂O，故答案為：CO（NH₂）₂+NO+NO₂=CO₂+2N₂+2H₂O；
（6）電解時，陰離子向陽極a移動，b電極上氫離子放電生成氫氣，同時溶液中生成氫氧根離子，導(dǎo)致溶液的pH增大；陽極上氨氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮氣和水，電極反應(yīng)式為，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：a；增大；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評：本題以化學(xué)平衡移動原理為載體考查平衡狀態(tài)判斷、等效平衡、化學(xué)平衡計算、電解原理等知識點，側(cè)重考查基本理論，難點構(gòu)建等效平衡，然后利用外界條件對平衡的影響分析解答，題目難度中等．