Question

已知工業(yè)上合成氨的反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．在一體積為2L的密閉容積中，加入0.20mol的N₂和0.60mol的H₂，反應(yīng)中NH₃的物質(zhì)的量濃度的變化情況如圖所示，請回答下列問題：

（1）寫出該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=

 

（2）反應(yīng)進(jìn)行到4分鐘到達(dá)平衡．請計算從反應(yīng)開始到剛剛平衡，平均反應(yīng)速率v（NH₃）為

 

；
（3）5分鐘時，保持其它條件不變，把容器的體積縮小一半，平衡

 

移動（填“向逆反應(yīng)方向”、“向正反應(yīng)方向”或“不”）
原因是：

 

．
化學(xué)平衡常數(shù)將

 

（填“增大”、“減少”或“不變”）．
（4）在第5分鐘時將容器的體積瞬間縮小一半后，若在第8分鐘時達(dá)到新的平衡（此時NH₃的濃度約為0.25mol?L^-1），請在圖中畫出第5分鐘后NH₃濃度的變化曲線．
（5）N₂和H₂的反應(yīng)還有其它應(yīng)用．如：有人設(shè)想尋求合適的催化劑和電極材料，分別以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl溶液為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池，試寫出該電池的正極電極反應(yīng)式

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出，用生成物濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物濃度的冪次方乘積；
（2）分析圖象到4min氨氣的濃度增大0.10mol/L，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計算得到；
（3）體積縮小一半相當(dāng)于增大體系的壓強(qiáng)，平衡向氣體分子數(shù)減小的方向即正反應(yīng)方向移動；
（4）在第5分鐘時將容器的體積瞬間縮小一半后，若在第8分鐘時達(dá)到新的平衡（此時NH₃的濃度約為0.25mol?L^-1），圖象起點標(biāo)對，拐點、平臺、走勢是繪制關(guān)鍵；先判斷把容器的體積縮小一半的瞬間氨氣的濃度，再結(jié)合平衡時的濃度作圖；
（5）原電池中失電子的在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，得到電子的在原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)．

解答： 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式 K=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
故答案為：

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
（2）反應(yīng)進(jìn)行到4分鐘到達(dá)平衡．請計算從反應(yīng)開始到剛剛平衡，平均反應(yīng)速率v（NH₃）=

0.10mol/L

4min

=0.025mol/（L?min）；
故答案為：0.025mol/（L?min）；
（3）該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，把容器的體積縮小一半，增大了反應(yīng)體系的壓強(qiáng)，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)方向移動；化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變．
故答案為：向正反應(yīng)方向；若只把容器的體積縮小一半，各種物質(zhì)的濃度都加倍，濃度熵Q＜K，平衡向正向移動；不變；
（4）把容器的體積縮小一半的瞬間氨氣的濃度，氨氣的濃度變?yōu)?.20mol/L，平衡后濃度約為0.25mol/L，圖象為：
故答案為：；
（5）以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl溶液為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池，氮?dú)庠谡龢O得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺；
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

點評：本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率的定量表示方法、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡的影響因素，原電池電極反應(yīng)等知識點，同一化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)物、生成物的濃度無關(guān)，圖象分析繪制是解題關(guān)鍵，題目難度中等．