Question

13．工業(yè)合成氨反應(yīng)具有非常重要的意義．
（1）已知：氫氣的燃燒熱為286.0kJ•mol^-1，氨氣的燃燒熱為382.5kJ•mol^-1，則合成氨反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1．
（2）對(duì)可逆反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）≒2NH₃（g） 若起始投料n（N₂）：n（H₂）=1：1，達(dá)平衡后，降低溫度，N₂的體積分?jǐn)?shù)會(huì)C．
A．增大       B．減小       C．不變        D．不能判斷
（3）T℃，以CO₂和NH₃為原料可合成化肥尿素2NH₃（g）+CO₂（g）═CO （NH₂）₂（s）+H₂O（l）；在2L的密閉容器中，通入1.2mol NH₃和0.6mol CO₂，2min時(shí)反應(yīng)剛好達(dá)到平衡，此時(shí)，c（NH₃）=0.2mol•L^-1，c（CO₂）=0.1mol•L^-1．
①前2min內(nèi)，用NH₃濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率是0.2mol•L^-1•min^-1．平衡常數(shù)K=250．
②若2min 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0.6mol NH₃，則此時(shí)反應(yīng)的v正＜ v逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．
③若保持T℃，在2min時(shí)把容器體積瞬間壓縮到1L且保持體積不變，3min時(shí)達(dá)到新平衡，請(qǐng)?jiān)趫D1中畫(huà)出2min到3min內(nèi)NH₃濃度變化曲線

（4）電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染，電化學(xué)降解NO₃^- 的原理如圖2所示．
①在如圖2的裝置中，電源正極為A（填“A”或“B”），陰極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂↑+6H₂O．
②若點(diǎn)解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了1mol電子，則膜兩側(cè)點(diǎn)解液的質(zhì)量變化差值（△m左-△m右）為7.2g．

Answer 1

分析 （1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-286KJ/mol，
②$\frac{2}{3}$NH₃（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{3}$N₂（g）+H₂O（l）△H=-382.5KJ/mol，①×3-②×2得，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1；
（2）w（N₂）=$\frac{1}{1+1}×100%$=50%，再根據(jù)三段式求出反應(yīng)后氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)，前后進(jìn)行比較；
（3）據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$；K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$據(jù)此進(jìn)行計(jì)算；
②若保持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0.6mol NH₃，體積瞬間變?yōu)?L，此時(shí)c（NH₃）=0.25mol•L^-1，c（CO₂）=0.05mol•L^-1，反應(yīng)的濃度商Q=$\frac{1}{0.2{5}^{2}×0.05}$=320，Q＞K，所以平衡逆向移動(dòng)；
③2min時(shí)把容器體積瞬間壓縮到1L，此時(shí)c（NH₃）=0.4mol•L^-1，保持T℃不變，平衡常數(shù)K不變，則3min平衡時(shí)NH₃濃度仍為 0.2mol•L^-1，據(jù)此進(jìn)行作圖；
（4）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，據(jù)此進(jìn)行分析；
②轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生O₂8 g，并產(chǎn)生1g H⁺進(jìn)入陰極室，陽(yáng)極室質(zhì)量減少9 g，陰極室中放出0.1 mol N₂，質(zhì)量減少2.8g，同時(shí)有1mol H⁺進(jìn)入陰極室，陰極室質(zhì)量共減少1.8g，若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了1mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差值（△m_左-△m_右）為9g-1.8g=7.2 g．

解答 解：（1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-286KJ/mol，
②$\frac{2}{3}$NH₃（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{3}$N₂（g）+H₂O（l）△H=-382.5KJ/mol，①×3-②×2得，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1；
（2）開(kāi)始w（N₂）=$\frac{1}{1+1}×100%$=50%，設(shè)開(kāi)始氮?dú)�，氫氣的物質(zhì)的量分別為1mil，1mol，
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始量 1              1                    0
轉(zhuǎn)化量 X            3X                  2X
平衡量 1-X         1-3X               2X，
反應(yīng)后氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為$\frac{1-X}{1-X+1-3X+2X}×100%$=$\frac{1-X}{2-2X}$×100%=50%，則N₂的體積分?jǐn)?shù)恒為50%，由此可見(jiàn)，平衡時(shí)N₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變，
故答案為：C；
（3）①2NH₃（g）+CO₂（g）═CO （NH₂）₂（s）+H₂O（l）；
初始量（c） 0.6               0.3               0                            0
轉(zhuǎn)化量          0.4               0.2
平衡量          0.2               0.1
v（NH₃）=$\frac{0.4mol/L}{2min}$=0.2mol•L^-1•min^-1；
K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$=$\frac{1}{0．{2}^{2}×0.1}$=250；
故答案為：0.2mol•L^-1•min^-1；250；
②若保持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0.6mol NH₃，體積瞬間變?yōu)?L，此時(shí)c（NH₃）=0.25mol•L^-1，c（CO₂）=0.05mol•L^-1，反應(yīng)的濃度商Q=$\frac{1}{0.2{5}^{2}×0.05}$=320，Q＞K，所以平衡逆向移動(dòng)，v正＜v逆，
故答案為：＜；
③2min時(shí)把容器體積瞬間壓縮到1L，此時(shí)c（NH₃）=0.4mol•L^-1，保持T℃不變，平衡常數(shù)K不變，則3min平衡時(shí)NH₃濃度仍為 0.2mol•L^-1，故圖象，
故答案為：；
（4）①由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂↑+6H₂O，
故答案為：A；2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂↑+6H₂O；
②轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生O₂8 g，并產(chǎn)生1g H⁺進(jìn)入陰極室，陽(yáng)極室質(zhì)量減少9 g，陰極室中放出0.1 mol N₂，質(zhì)量減少2.8g，同時(shí)有1mol H⁺進(jìn)入陰極室，陰極室質(zhì)量共減少1.8g，若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了1mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差值（△m_左-△m_右）為9g-1.8g=7.2 g，
故答案為：7.2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)，化學(xué)反應(yīng)速率及平衡常數(shù)的計(jì)算，電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)等，本題難度中等．