Question

4．含氮的化合物廣泛存在于自然界，是一類非常重要的化合物．回答下列有關問題：
（1）在一定條件下：2N₂（g）+6H₂O（g）═4NH₃（g）+3O₂（g）．已知該反應的相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	N≡N	H-O	N-H	O=O
E/（kJ/mol）	946	463	391	496

則該反應的△H=+1268kJ/mol．
（2）電廠煙氣脫氮的主要反應I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0，副反應II：2NH₃（g）+8NO（g）?5N₂O（g）+3H₂O（g）△H＞0．
①反應I的化學平衡常數的表達式為$\frac{{C}^{6}（{H}_{2}O）{C}^{5}（{N}_{2}）}{{C}^{6}（NO）{C}^{4}（N{H}_{3}）}$．
②對于在2L密閉容器中進行的反應I，在一定條件下n（NH₃）和n（N₂）隨時間變化的關系如圖1所示：

用NH₃表示從開始到t₁時刻的化學反應速率為$\frac{a-b}{2{t}_{1}}$（用a、b、t表示）mol/（L•min），圖中表示已達平衡的點為CD．
③電廠煙氣脫氮的平衡體系的混合氣體中N₂和N₂O含量與溫度的關系如圖2所示，在溫度420～550K時，平衡混合氣體中N₂O含量隨溫度的變化規(guī)律是隨溫度升高，N₂的含量降低，造成這種變化規(guī)律的原因是主反應為放熱反應，升溫使主反應的平衡左移或者副反應為吸熱反應，升溫使副反應的平衡右移，降低了NH₃和NO濃度，使主反應的平衡左移．
（3）電化學降解法可治理水中硝酸鹽的污染．電化學降解NO₃-的原理如圖3所示，電源正極為a（填“a”或“b”），陰極電極反應式為2NO₃^-+10e^-+12H⁺=6H₂O+N₂↑．

Answer 1

分析 （1）舊鍵斷裂吸收的能量減去新鍵生成釋放的能量值即為反應熱，1molN₂含有1molN≡N，1molH_2°含有2molH-O，1molNH₃含有3molN-H，依據△H=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能進行計算；
（2）①平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
②反應速率v=$\frac{△c}{△t}$，t₂時刻后n（NH₃） 和n（N₂） 不變，說明反應達到平衡狀態(tài)；
③根據圖2中隨著溫度升高，氮氣的含量變化進行分析，溫度對化學平衡影響及兩個可逆反應的反應熱情況，升溫使主反應的平衡左移或者副反應為吸熱反應，升溫使副反應的平衡右移；
（3）硝酸根離子得電子生成氮氣，則b相連的電極為陰極，所以b為負極，a為正極．

解答 解：（1）2N₂（g）+6H₂O（g）=4NH₃（g）+3O₂（g），△H=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=2×946KJ/mol+12×463KJ/mol-12×391KJ/mol-3×496KJ/mol=+1268KJ/mol，
故答案為：+1268；
（2）①4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g），反應的平衡常數K=$\frac{{C}^{6}（{H}_{2}O）{C}^{5}（{N}_{2}）}{{C}^{6}（NO）{C}^{4}（N{H}_{3}）}$，故答案為：$\frac{{C}^{6}（{H}_{2}O）{C}^{5}（{N}_{2}）}{{C}^{6}（NO）{C}^{4}（N{H}_{3}）}$；
②用NH₃表示從開始到t₁時刻的化學反應速率=$\frac{\frac{a-b}{2}mol/L}{{t}_{1}min}$=$\frac{a-b}{2{t}_{1}}$mol/L•min，t₂時刻后n（NH₃） 和n（N₂） 不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，圖中表示已達平衡的點為CD，
故答案為：$\frac{a-b}{2{t}_{1}}$；CD；
③根據圖象可知，在400K～550K時，平衡混合氣中N₂含量隨溫度的升高逐漸降低，主反應為放熱反應，升高溫度，平衡向著逆向移動，氮氣的含量減小或者副反應為吸熱反應，升溫使副反應的平衡右移，降低了NH₃和NO濃度，使主反應的平衡左移，
故答案為：隨溫度升高，N₂的含量降低；主反應為放熱反應，升溫使主反應的平衡左移或者副反應為吸熱反應，升溫使副反應的平衡右移，降低了NH₃和NO濃度，使主反應的平衡左移；
（3）硝酸根離子得電子生成氮氣，則b相連的電極為陰極，所以b為負極，a為正極，陰極上的反應為：2NO₃^-+10e^-+12H⁺=6H₂O+N₂↑；
故答案為：a；2NO₃^-+10e^-+12H⁺=6H₂O+N₂↑．

點評 本題側重化學反應速率、化學平衡常數、平衡影響因素、化學反應熱量計算、電化學知識的全面考查，題目難度中等，能很好地考查學生的分析能力、化學平衡影響和反應速率影響因素及電化學知識的綜合理解和運用，明確電解時離子的放電順序及發(fā)生的電極反應和化學平衡移動原理是解答本題的關鍵．