Question

16．運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究NH₃的性質(zhì)具有重要意義．請(qǐng)回答下列問題：
（1）氨氣可以構(gòu)成燃料電池，其電池反應(yīng)原理為4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．NH₃應(yīng)通入燃料電池的負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”）．已知電解質(zhì)溶液為KOH溶液，負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O．
（2）在0.5L恒容密閉容器中，一定量的N₂與H₂進(jìn)行反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=bkJ•mol^-1，其化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度的關(guān)系如表：

溫度/℃	200	300	400
K	1.0	0.85	0.5

①寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，b小于0（填“大于”“小于”或“等于”）．
②理論上，為了增大平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是ad（填字母序號(hào)）；
a．增大壓強(qiáng)    b．使用合適的催化劑
c．升高溫度    d．及時(shí)分離出產(chǎn)物中的NH₃
③400℃時(shí)，測(cè)得某時(shí)刻氨氣、氮?dú)狻�氫氣的物質(zhì)的量分別為3mol、2mol、1mol時(shí)，此時(shí)刻該反應(yīng)的v_正（N2） 小于v_逆（N2）（填“大于”“小于”或“等于”）．
（3）已知：
①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
寫出氨高溫催化氧化的熱化學(xué)方程式4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）氨氣可以構(gòu)成燃料電池，其電池反應(yīng)原理為4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．氨分子中氮元素的化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)通入燃料電池的負(fù)極；電解質(zhì)溶液為KOH溶液，負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)等于平衡時(shí)生成物的濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積；溫度升高K減小，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
②a．增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，H₂的轉(zhuǎn)化率增大；
b．使用合適的催化劑，平衡不移動(dòng)；
c．升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，所以H₂的轉(zhuǎn)化率減小；
d．及時(shí)分離出產(chǎn)物中的NH₃，平衡正向移動(dòng)，H₂的轉(zhuǎn)化率增大；
③根據(jù)平衡常數(shù)和濃度商的相對(duì)大小分析解答；
（3）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1266.8kJ/mol；
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mol，利用蓋斯定律可求知反應(yīng)熱；

解答 解：（1）氨氣可以構(gòu)成燃料電池，其電池反應(yīng)原理為4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．氨分子中氮元素的化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)通入燃料電池的負(fù)極；電解質(zhì)溶液為KOH溶液，負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O，故答案為：負(fù)極；2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)等于平衡時(shí)生成物的濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積，則K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；溫度升高K減小，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以b＜0，故答案為：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；小于；
②a．增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，H₂的轉(zhuǎn)化率增大，故符合；
b．使用合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率不變，故不符合；
c．升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，所以H₂的轉(zhuǎn)化率減小，故不符合；
d．及時(shí)分離出產(chǎn)物中的NH₃，平衡正向移動(dòng)，H₂的轉(zhuǎn)化率增大，故符合；
故選：ad；
③Qc=$\frac{（\frac{3}{0.5}）^{2}}{\frac{2}{0.5}×（\frac{1}{0.5}）^{3}}$=1.125＞K，所以平衡逆向移動(dòng)，則v_正（N2）＜v_逆（N2），故答案為：小于；
（3）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ/mol，
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，
利用蓋斯定律①-2×②可得：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=-905.8 kJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)與能量、化學(xué)平衡移動(dòng)等問題，題目難度中等，注意外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響，注意有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算方法．