Question

利用N₂和H₂可以實現(xiàn)NH₃的工業(yè)合成，而氨又可以進一步制備硝酸，在工業(yè)上一般可進行連續(xù)生產．請回答下列問題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
寫出氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮氣體和水蒸氣的熱化學方程式為

 

．
（2）某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質的量對N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）反應的影響．
實驗結果如圖1所示：

（圖中T表示溫度，n表示物質的量）
①圖象中T₂和T₁的關系是：T₂

 

T₁（填“高于”“低于”“等于”“無法確定”）
②比較在a、b、c三點所處的平衡狀態(tài)中，反應物N₂的轉化率最高的是

 

（填字母）．
③若容器容積為1L，在起始體系中加入1mol N₂，n=3mol反應達到平衡時H₂的轉化率為60%，則此條件下（T₂），反應的平衡常數(shù)K=

 

．保持容器體積不變，再向容器中加入1mol N₂，3mol H₂反應達到平衡時，氫氣的轉化率將

 

（填“增大”、“減”或“不變”）．
（3）N₂O₅是一種新型硝化劑，其性質和制備受到人們的關注．
①一定溫度下，在恒容密閉容器中N₂O₅可發(fā)生下列反應：
2N₂O₅（g）═4NO₂（g）+O₂（g）△H＞0下表為反應在T₁溫度下的部分實驗數(shù)據(jù)

t/s	0	50	100
c（N2O5）/mol?L-1	5.0	3.5	2.4

則50s內NO₂的平均生成速率為

 

．
②現(xiàn)以H₂、O₂、熔融鹽Na₂CO₃組成的燃料電池，采用電解法制備N₂O₅，裝置如圖2所示，其中Y為CO₂．
寫出石墨I電極上發(fā)生反應的電極反應式

 

．在電解池中生成N₂O₅的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,反應速率的定量表示方法,產物的百分含量隨濃度、時間的變化曲線,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來求反應的焓變，然后根據(jù)反應放出的熱量與物質的量成正比；
（2）①根據(jù)溫度升高化學平衡向著吸熱方向進行；
②根據(jù)a、b、c三點的意義來回答；
③根據(jù)反應物的物質的量之比為等于化學計量數(shù)之比時，達平衡狀態(tài)時生成物的百分含量最大；根據(jù)化學平衡狀態(tài)是反應物的轉化率最大、生成物的產率最大來回答；先求出各自的平衡濃度，然后根據(jù)平衡常數(shù)的概念來回答；
（3）結合表中數(shù)據(jù)，根據(jù)v（N₂O₅）=

△c

△t

求算；
②燃料原電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應；先根據(jù)化合價判斷生成N₂O₅的電極，再根據(jù)離子的放電順序寫出電極反應式．

解答： 解：（1）N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol       ①
        N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol       ②
        2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol      ③
由蓋斯定律①×2-②×2+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）①反應為放熱反應，溫度升高化學平衡向著吸熱方向進行，從T₁到T₂反應物氨氣的量增加，平衡正向移動，該反應放熱，故T₂＜T₁，故答案為：低于；
 ②b點代表平衡狀態(tài)，c點又加入了氫氣，故平衡向右移動，氮氣的轉化率增大，故答案為：c；
 ③當?shù)獨夂蜌錃獾奈镔|的量之比為1：3時達平衡狀態(tài)時氨的百分含量最大，平衡點時產物的產率最大，據(jù)圖示，當平衡時氫氣的物質的量為n，故加入N₂的物質的量為

n

3

，當n=3mol反應達到平衡時H₂的轉化率為60%，故起始氮氣濃度為1，mol/l，變化的氫氣濃度為1.8mol/l，變化的氮氣濃度為0.6mol/l，平衡時氮氣、氫氣、氨氣的濃度分別是0.4mol/l、1.2mol/l、1.2mol/l，據(jù)K=

c2(NH3)

c3(H2)?c(N2)

=

1．22

1．23?0.4

=2.08，保持容器體積不變，再向容器中加入1mol N₂，3mol H₂反應達到平衡時，相當于增大壓強，氫氣的轉化率將增大，
故答案為：2.08；增大；
（3）①由圖可知，50s內N₂O₅表示的反應速率=

(5.0-3.5)mol/L

50s

═0.03mol?L^-1?s^-1，二氧化氮表示的反應速率是四氧化二氮的2倍，即為：0.06mol?L^-1?s^-1，
故答案為：0.06mol?L^-1?s^-1；
②燃料原電池中，負極上燃料失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，電極反應式為H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；
N₂O₅中氮元素的化合價是+5價，而硝酸中氮元素也是+5價．因此應該在左側生成N₂O₅，即在陽極區(qū)域生成，據(jù)電極反應離子放電順序可知：陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑的反應，則陽極為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案為：H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

點評：本題主要考查了蓋斯定律、化學平衡常數(shù)、外界條件對反應速率和平衡的影響、電解池的工作原理知識，難度較大，易錯題為（3）②題，會根據(jù)化合價的變化確定生成N₂O₅的電極，根據(jù)離子的放電順序寫出相應的電極反應式．