Question

氨是世界上產(chǎn)量最多的無(wú)機(jī)化合物之一，主要用于制造氮肥．
（1）根據(jù)下面能量變化示意圖（圖1），請(qǐng)寫(xiě)出合成氨反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

 

．
（2）在一個(gè)容積為2L的密閉容器內(nèi)加入一定量的N₂和H₂，在一定條件下合成氨，反應(yīng)中NH₃的物質(zhì)的量濃度的變化情況如圖2所示，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

 

；
②該反應(yīng)400℃的平衡常數(shù)

 

500℃時(shí)的平衡常數(shù)（填“＞”、“＜”或“=”）；
③下列描述中能說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡的是

 

；
A．3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）
B．容器中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化
C．容器中氣體的密度不隨時(shí)間而變化
D．容器中氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化
④根據(jù)上圖計(jì)算從反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)第一個(gè)平衡時(shí)，平均反應(yīng)速率v（NH₃）=

 

；
⑤由第一次平衡到第二次平衡，平衡移動(dòng)的方向是

 

，采取的措施可能是

 

．
（3）設(shè)想尋求合適的催化劑和電極材料，以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池，放電過(guò)程中，溶液中銨根離子濃度逐漸增大．請(qǐng)寫(xiě)出該電池的正極反應(yīng)式：

 

．

Answer 1

分析：（1）圖象分析反應(yīng)物能量高于生成物能量，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，拆化學(xué)鍵吸收能量減去形成化學(xué)鍵放出的能量為反應(yīng)焓變，依據(jù)熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)方法寫(xiě)出；
（2）①依據(jù)平衡常數(shù)概念列式寫(xiě)出反應(yīng)的平衡常數(shù)；
②反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小；
③平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，據(jù)此分析選項(xiàng)；
④從反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)第一個(gè)平衡時(shí)圖象分析可知平衡時(shí)氨氣濃度為0.1mol/L，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算得到；
⑤由第一次平衡到第二次平衡，平衡移動(dòng)的方向依據(jù)圖象分析氨氣的濃度增大，平衡正向進(jìn)行；
（3）依據(jù)原電池原理分析，正極反應(yīng)是氮?dú)獾玫诫娮影l(fā)生還原反應(yīng)生成銨根的過(guò)程，依據(jù)電荷守恒書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)；

解答：解：（1）圖象分析反應(yīng)物能量高于生成物能量，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，拆化學(xué)鍵吸收能量減去形成化學(xué)鍵放出的能量為反應(yīng)焓變△H=508kJ/mol-600kJ/mol=-92kJ/mol；
反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92kJ/mol；
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92kJ/mol；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g），反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
故答案為：

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
②氮?dú)夂蜌錃夂铣砂狈磻?yīng)是放熱 反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，所以400℃的平衡常數(shù)大于500℃的平衡常數(shù)；
故答案為：＞；
③A．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，是正反應(yīng)速率，當(dāng)2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃）時(shí)說(shuō)明氨氣的正逆反應(yīng)速率相同，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體體積變化，質(zhì)量守恒，所以氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量變化說(shuō)明平衡移動(dòng)，容器中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B正確；
C．密度是氣體質(zhì)量除以體積，平衡體系質(zhì)量守恒，體積不變，混合氣體密度始終不變，容器中氣體的密度不隨時(shí)間而變化不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C錯(cuò)誤；
D．反應(yīng)前后是氣體物質(zhì)的量變化的反應(yīng)，容器中氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D正確；
故答案為：BD．
④圖象分析可知，從反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)第一個(gè)平衡時(shí)，圖象分析可知4min達(dá)到平衡時(shí)氨氣濃度為0.1mol/L，以氨氣表示的反應(yīng)速率=

0.1mol/L

4min

=0.025mol/L?min；
故答案為：0.025mol/L?min；
⑤依據(jù)圖象分析第二次平衡氨氣的濃度增大，說(shuō)明平衡正向移動(dòng)，氨氣的濃度增大為0.25mol/L，可以采取增大壓強(qiáng)的方法即縮小體積，縮小體積為原來(lái)的一倍，濃度應(yīng)為0.2mol/L，但壓強(qiáng)增大平衡正向進(jìn)行氨氣濃度增大，符合增大到0.25mol/L；
故答案為：向正向進(jìn)行，將容器體積縮小成原來(lái)的一半；
（3）以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池，放電過(guò)程中，溶液中銨根離子濃度逐漸增大，原電池中氮?dú)獾玫诫娮臃磻?yīng)還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：N₂+6e^-+8H⁺═2NH₄⁺；
故答案為：N₂+6e^-+8H⁺═2NH₄⁺；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡影響因素，平衡移動(dòng)原理應(yīng)用，平衡常數(shù)計(jì)算，平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)方法，題目難度中等．