Question

現(xiàn)在普遍應(yīng)用的工業(yè)合成氨的方法是哈伯于1905年發(fā)明的，但此法反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不高．
（1）合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），在一定溫度下，向容積不變（始終為10L）的密閉容器中加入2mol N₂、8mol H₂及固體催化劑．10分鐘后反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，容器內(nèi)氣體壓強變?yōu)槠鹗嫉?0%，此時氨氣的體積分數(shù)為

 

，用氮氣表示的反應(yīng)速率為：

 

．反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=

 

 若想提高氨氣的產(chǎn)率，根據(jù)化學(xué)平衡移動原理，請?zhí)岢龊侠淼慕ㄗh：

 

（任意寫一條）．
（2）在上述平衡中，若再加入2mol NH₃、2mol N₂，則此時反應(yīng)平衡將

 

移動．（填“向正方向”、“向逆方向”或“不”）．
（3）已知：0.01mol/L氨水溶液50ml與同濃度同體積的鹽酸混合，則溶液中各離子濃度的大小為：

 

．若再往混合溶液中再加入0.01mol/L氨水溶液50ml，c（Cl^-）-c（NH₄⁺）=

 

；（用溶液中微粒濃度表示等式）
（4）已知：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
氨催化氧化生成NO和水的熱化學(xué)方程式為

 

（5）隨著對合成氨研究的發(fā)展，2001年兩位希臘化學(xué)家提出了電解合成氨的方法，即在常壓下把氫氣和用氦氣稀釋的氮氣，分別通入一個加熱到570℃的電解池中，采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）為介質(zhì)，用吸附在它內(nèi)外表面上的金屬鈀多晶薄膜做電極，實現(xiàn)了常壓、570℃條件下高轉(zhuǎn)化率的電解法合成氨（裝置如圖）
請回答：在電解法合成氨的電解池中

 

（填“能”或“不能”） 用水作電解質(zhì)溶液的溶劑，原因是

 

．鈀電極A是電解池的

 

極（填“陽”或“陰”），該極上的電應(yīng)式是

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,電解原理

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）令參加反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量為amol，利用三段式表示出各物質(zhì)的變化量、平衡時物質(zhì)的量，利用壓強之比等于物質(zhì)的量之比列方程計算a，氨氣的體積分數(shù)=

平衡時氨氣的物質(zhì)的量

平衡時混合氣體總物質(zhì)的量

；根據(jù)v=

△n V

△t

計算v（N₂）；根據(jù)k=

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

計算平衡常數(shù)；要提高氨氣的產(chǎn)率，應(yīng)改變條件，使平衡向正反應(yīng)方向移動；
（2）再加入2mol NH₃、2mol N₂，計算此時的濃度商，與平衡常數(shù)比較判斷；
（3）0.01mol/L氨水溶液50ml與同濃度同體積的鹽酸混合，所得溶液為NH₄Cl溶液，溶液中銨根離子水解，溶液呈堿性，據(jù)此判斷溶液中各離子濃度的大��；根據(jù)電荷守恒計算c（Cl^-）-c（NH₄⁺）；
（4）根據(jù)蓋斯定律書寫目標熱化學(xué)方程式；
（5）新法合成氨電解池的反應(yīng)溫度是570℃時，水為水蒸氣；
由圖可知，氮氣在鈀電極A上獲得電子與B電極產(chǎn)生的氫離子生成氨氣，發(fā)生還原反應(yīng)，為電解池的陰極．

解答： 解：（1）令參加反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量為amol，則：
           N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
開始（mol）：2       8         0
轉(zhuǎn)化（mol）：a       3a       2a
平衡（mol）：2-a     8-3a      2a
故2-a+8-3a+2a=（2+8）×80%，解得a=1
所以，氨氣的體積分數(shù)=

2×1mol

(2mol+8mol)×80%

=25%，
v（N₂）=

1mol 10L

10min

=0.01mol/（L?min），
平衡時，氮氣的濃度為

2mol-1mol

10L

=0.1mol/L、氫氣濃度=

8mol-3mol

10L

=0.5mol/L、氨氣濃度=

2mol

10L

=0.2mol/L，故平衡常數(shù)k=

0．22

0.1×0．53

=3.2，
若想提高氨氣的產(chǎn)率，化學(xué)平衡向右移動，可以是增大氫氣濃度或增大氮氣濃度或增大反應(yīng)物濃度或降溫或增大壓強或及時轉(zhuǎn)移走生成的氨，
故答案為：25%；0.01mol/（L?min）；3.2；增大氫氣濃度（或增大氮氣濃度或增大反應(yīng)物濃度或降溫或增大壓強或及時轉(zhuǎn)移走生成的氨）；
（2）再加入2mol NH₃、2mol N₂，此時，氮氣的濃度為0.1mol/L+

2mol

10L

=0.3mol/L，氫氣濃度不變?yōu)?.5mol/L，氨氣濃度=

2mol

10L

+0.2mol/L=0.4mol/L，此時的濃度商Qc=

0．42

0.3×0．53

=4.27，大于平衡常數(shù)，故平衡向逆反應(yīng)方向移動，
故答案為：向逆方向；
（3）0.01mol/L氨水溶液50ml與同濃度同體積的鹽酸混合，所得溶液為NH₄Cl溶液，溶液中銨根離子水解，溶液呈堿性，故溶液中各離子濃度的大小為c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），根據(jù)電荷守恒可知c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），故c（Cl^-）-c（NH₄⁺）=c（H⁺）-c（OH^-），
故答案為：c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；c（H⁺）-c（OH^-）；
（4）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ/mol
②N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①+②×2得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol；
（5）新法合成氨電解池的反應(yīng)溫度是570℃時，水為水蒸氣，故在電解法合成氨的電解池中不能用水作電解質(zhì)溶液的溶劑；
由圖可知，氮氣在鈀電極A上獲得電子與B電極產(chǎn)生的氫離子生成氨氣，發(fā)生還原反應(yīng)，為電解池的陰極，陰極電極反應(yīng)式為：N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃，
故答案為：不能；新法合成氨電解池的反應(yīng)溫度是570℃時，水為水蒸氣；陰； N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃．

點評：本題以合成氨為載體，考查化學(xué)平衡計算及影響因素、反應(yīng)速率計算、平衡常數(shù)計算與應(yīng)用、離子濃度比較、熱化學(xué)方程式、電解原理等，題目比較綜合，側(cè)重考查學(xué)生對知識的遷移應(yīng)用，難度中等．