Question

【題目】氮及其化合物在工業(yè)上有重要用途。請回答下列有關(guān)問題：

（1）已知N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH =+180.5kJ·mol－1，N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH =－92.4kJ·mol－1，2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH =－483.6kJ·mol－1，寫出氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸氣的熱化學(xué)方程式為_________

（2）在一定體積的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，在恒溫恒壓下判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是______(填序號)；

A．2v(H2)(正)=3v(NH3)(逆) B．2v(N2) (正)=v(H2) (逆)

C．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變 D．混合氣體的密度保持不變

（3）在有氧條件下，新型催化劑M能催化與生成。將一定比例的、和的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應(yīng)器中反應(yīng)（裝置見圖）。

反應(yīng)相同時(shí)間的去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線如圖所示，在范圍內(nèi)隨著溫度的升高，的去除率先迅速上升后上升緩慢，迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大，與溫度升高共同使去除反應(yīng)速率迅速增大，上升階段緩慢主要是____________；當(dāng)反應(yīng)溫度高于時(shí)，的去除率迅速下降的原因可能是_________。

（4）如圖為利用肼—空氣燃料電池電解硫酸銅溶液的示意圖。

左圖負(fù)極反應(yīng)式為：___________。當(dāng)上圖陰極上放出2.24L氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)，圖中硫酸銅溶液的pH=______(溶液體積變化忽略不計(jì)）。

（4）工業(yè)上生產(chǎn)尿素的化學(xué)方程式為：2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(l)。在T℃，體積為4L的密閉容器中，通入6mol NH3和3mol CO2 。10min反應(yīng)達(dá)到平衡，達(dá)到平衡時(shí)，c(NH3)=0.5mol·L－1。則10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ(CO2)＝_______mol·L－1·min－1。若此時(shí)保持T℃和平衡時(shí)容器的壓強(qiáng)不變，再向體積可變的容器中充入3mol NH3，則此時(shí)反應(yīng)的v正____ v逆(填“>”“<”或“=”)。

Answer 1

【答案】4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H=905.0kJ/mol AC 迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大，與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大 上升階段緩慢主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大但是催化劑活性下降，氨氣在該條件下與氧氣反應(yīng)生成NO N2H44e+4OH＝N2↑+4H2O PH=0 0.05 <

【解析】

（1）根據(jù)已知熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算，由蓋斯定律①×2-②×2+③×3得得到反應(yīng)的焓變，寫出對應(yīng)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

（2）根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)判斷，平衡標(biāo)志最根本的依據(jù)是正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)混合物中各組分的含量保持不變．

（3）在一定溫度范圍內(nèi)催化劑活性較大，超過其溫度范圍，催化劑活性降低；在溫度、催化劑條件下，氨氣能被催化氧化生成NO。

（4）用N2H4燃料電池電解硫酸銅溶液的裝置如圖所示，左邊為燃料原電池裝置，通入N2H4的電極為負(fù)極，N2H4失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為N2H44e+4OH＝N2↑+4H2O，通入空氣的電極為正極，氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為O2+2H2O+4e=4OH；右邊為電解池，與負(fù)極相連的銅為陰極，反應(yīng)式先Cu2++2e=Cu，后2H++2e=H2↑，與碳棒電極相連的為陽極，反應(yīng)式2H2O4e=4H++O2↑，據(jù)此分析。

（5）2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(l)，利用氨氣濃度的變化量求出氨氣的速率，利用氨氣和二氧化碳的速率之比滿足計(jì)量數(shù)之比，計(jì)算出二氧化碳的速率，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算，濃度商QC與K的關(guān)系判斷反應(yīng)方向。

(1)已知N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180.5kJ/mol①N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=92.4kJ/mol②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=483.6kJ/mol③，由蓋斯定律①×2②×2+③×3得：4NH3(g)+5O2(g)═4NO(g)+6H2O(g)△H=905.0kJ/mol，故答案為：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H=905.0kJ/mol；

(2)A. 不同物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比是平衡狀態(tài)，能證明正逆反應(yīng)速率相等，故A正確；

B. 不同物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比是平衡狀態(tài)，2v(N2)(正)=v(H2)(逆)不是平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；

C. 容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，氣體的物質(zhì)的量不變，該反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故C正確；

D. 如果是在密閉容器中反應(yīng)，質(zhì)量不變，體積不變，密度始終不變，故D錯(cuò)誤；

AC正確，故答案選：AC。

（3）在一定溫度范圍內(nèi)催化劑活性較大，超過其溫度范圍，催化劑活性降低，根據(jù)圖知，

迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大，與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大；上升階段緩慢主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大但是催化劑活性下降；在溫度、催化劑條件下，氨氣能被催化氧化生成NO，當(dāng)反應(yīng)溫度高于380℃時(shí)，NOx的去除率迅速下降的原因可能是氨氣在該條件下與氧氣反應(yīng)生成NO，故答案為：迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大，與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大；上升階段緩慢主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大但是催化劑活性下降，氨氣在該條件下與氧氣反應(yīng)生成NO；

（4）通入N2H4的電極為負(fù)極，N2H4失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，1個(gè)N2H4失去4個(gè)電子，反應(yīng)式為N2H44e+4OH＝N2↑+4H2O；與負(fù)極相連的銅為陰極，電極反應(yīng)式先Cu2++2e=Cu，后2H++2e=H2↑陰極產(chǎn)生標(biāo)況下的氣體2.24L的氣體為氫氣，其物質(zhì)的量為n===0.1mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)和氫氣的物質(zhì)的量之比為2:1，第二步轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.2mol，第一步轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量也為0.2mol，共轉(zhuǎn)移0.4mol電子，第一步總反應(yīng)為2CuSO4+2H2O= 2Cu+O2+2H2SO4，第二部分為電解水，轉(zhuǎn)移4mol電子生成2mol硫酸，故轉(zhuǎn)移0.2mol電子生成硫酸的物質(zhì)的量為0.1mol，硫酸中氫離子的物質(zhì)的量為0.2mol，氫離子的濃度為==1mol/L，PH=0，故答案為：N2H44e+4OH＝N2↑+4H2O；PH=0；

（5）初始狀態(tài)6mol NH3和3mol CO2，體積為4L，則濃度為c(NH3)===1.5mol/L，c(CO2)===0.75mol/L，10min反應(yīng)達(dá)到平衡，達(dá)到平衡時(shí)，c(NH3)=0.5mol·L－1，v(NH3)===0.1mol/(L·min)，由于氨氣與二氧化碳的速率之比等于化學(xué)計(jì)量時(shí)之比，故v(CO2)=v(NH3)=0.5×0.1mol/(L·min)=0.05 mol/(L·min)；由題意建立如下三段式：

2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(l)

起始(mol/L) 1.5 0.75

變化(mol/L) 1.0 0.5

平衡(mol/L) 0.5 0.25

溫度不變，平衡常數(shù)不變，平衡時(shí)c(NH3)=0.5molL1，c(CO2)=0.25molL1，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K===16；同溫同壓下，體積比等于物質(zhì)的量之比，若此時(shí)保持T℃和平衡時(shí)容器的壓強(qiáng)不變，再向體積可變的容器中充入3molNH3，容器體積為VL，則=，解得：V=8L，此時(shí)Qc===20.48>16=K，說明此時(shí)平衡向著逆向移動(dòng)，則V正<V逆，故答案為：0.05；<。