Question

3．氨是一種重要的化工產(chǎn)品，是氮肥工業(yè)、有機(jī)合成工業(yè)以及制造硝酸、銨鹽和純堿的原料，也是一種常用的制冷劑．
（1）實(shí)驗(yàn)室制備氨氣的化學(xué)反應(yīng)方程式為2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O．
（2）工業(yè)合成氨的反應(yīng)方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H．下圖Ⅰ是合成氨反應(yīng)的能量與反應(yīng)過(guò)程相關(guān)圖（未使用催化劑）；圖Ⅱ是合成氨反應(yīng)在2L容器中、相同投料情況下、其它條件都不變時(shí)，某一反應(yīng)條件的改變對(duì)反應(yīng)的影響圖．

下列說(shuō)法正確的是AEFG．
A．△H=-92.4kJ/mol
B．使用催化劑會(huì)使K₁的數(shù)值增大
C．實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)的溫度越低越好
D．圖Ⅱ是不同壓強(qiáng)下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖，且P_A＜P_B
E．圖Ⅱ是不同溫度下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖，且T_A＞T_B
F．該反應(yīng)的平衡常數(shù)K_A＜K_B
G．在曲線(xiàn)A條件下，反應(yīng)從開(kāi)始到平衡，消耗N₂的平均速率為為$\frac{{n}_{1}}{4{t}_{1}}$mol•L^-1•min^-1
（3）一定溫度下，向一個(gè)容積為2L的密閉容器中通入2molN₂和7molH₂，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得容器內(nèi)的壓強(qiáng)為起始時(shí)的$\frac{7}{9}$倍，則此溫度下的平衡常數(shù)為0.25．在同一溫度、同一容器中，將起始物質(zhì)改為a molN₂、bmolH₂、cmolNH₃（a，b，c均不為零），欲使平衡混合物中各物質(zhì)的質(zhì)量與原平衡相同，則a、b滿(mǎn)足的關(guān)系為b-3a=1（用含a、b的表達(dá)式表示），且欲使反應(yīng)在起始時(shí)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，c的取值范圍是2＜c＜4．
（4）已知H₂（g）的燃燒熱為285.8kJ/mol，試寫(xiě)出表示NH₃（g）燃燒熱的熱化學(xué)反應(yīng)方程式NH₃（g）+$\frac{3}{4}$O₂（g）=$\frac{1}{2}$N₂（g）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）△H=-382.5KJ/mol．以氨為燃料可以設(shè)計(jì)制造氨燃料電池（電極材料均為惰性電極，KOH溶液作電解質(zhì)溶液），該電池的負(fù)極電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O．經(jīng)測(cè)定，該電池工作過(guò)程中每放出1molN₂實(shí)際提供460kJ的電能，則該燃料電池的實(shí)際效率為60.1%（燃料電池的實(shí)際效率是指電池實(shí)際提供的電能占燃料電池反應(yīng)所能釋放出的全部能量的百分?jǐn)?shù)）．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)室用加熱NH₄Cl和Ca（OH）₂固體混和物的方法制取氨氣并生成CaCl₂和水．故可以寫(xiě)出化學(xué)方程式；
（2）N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4KJ/mol
A．依據(jù)圖象分析，反應(yīng)焓變△H=312.4KJ/mol-404.8KJ/mol=-92.4kJ/mol；
B．使用催化劑改變反應(yīng)速率降低反應(yīng)的活化能；
C．溫度越低平衡正向進(jìn)行，工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)速率慢，生成效率和經(jīng)濟(jì)效益低；
D．圖2是不同壓強(qiáng)下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系，依據(jù)先拐先平壓強(qiáng)大，結(jié)合氨氣物質(zhì)的量分析；
E．圖2是不同溫度下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系先拐先平溫度高，結(jié)合氨氣物質(zhì)的量分析；
F．該反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度變化分析；
G．在曲線(xiàn)A條件下，反應(yīng)從開(kāi)始到平衡，計(jì)算氨氣的反應(yīng)速率，依據(jù)反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比，得到消耗N₂的平均速率=$\frac{△c}{△t}$；
（3）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算平衡常數(shù)；起始量為amol N₂、bmol H₂、cmol NH₃（a、b、c均不為零），欲使平衡混合物中各物質(zhì)的質(zhì)量與原平衡相同，滿(mǎn)足轉(zhuǎn)化為起始量“等量等效”分析；
（4）依據(jù)燃燒熱的概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；根據(jù)原電池原理結(jié)合氧化還原反應(yīng)的特征可以寫(xiě)出電極反應(yīng)，根據(jù)電極方程式可以算出放出1mol N₂理論提供的電能，進(jìn)而計(jì)算效率．

解答 解：（1）加熱NH₄Cl和Ca（OH）₂固體混和物的方法制取氨氣，反應(yīng)為2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O，
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；
（2）A．依據(jù)圖象分析，反應(yīng)焓變△H=312.4KJ/mol-404.8KJ/mol=-92.4kJ/mol，故A正確；
B．使用催化劑改變反應(yīng)速率降低反應(yīng)的活化能，E₁減小，故B錯(cuò)誤；
C．為了提高轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越低平衡正向進(jìn)行，工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)速率慢，生成效率和經(jīng)濟(jì)效益低，故C錯(cuò)誤；
D．圖2是不同壓強(qiáng)下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系，依據(jù)先拐先平壓強(qiáng)大，p_A＞p_B ，壓強(qiáng)越大氨氣物質(zhì)的量增大，故D錯(cuò)誤
E．圖2是不同溫度下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系先拐先平溫度高，T_A＞T_B，故E正確；
F．反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度變化，該反應(yīng)溫度不變，平衡常數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不影響平衡常數(shù)，圖象中影響因素依據(jù)DE分析是溫度改變，T_A＞T_B，溫度越高平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)K_A＜K_B，故F正確；
G．在曲線(xiàn)A條件下，反應(yīng)從開(kāi)始到平衡，V（NH₃）=$\frac{{n}_{1}mol}{2L{×t}_{1}min}$=$\frac{{n}_{1}}{{2t}_{1}}$mol/（L•min），反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比，消耗N₂的平均速率=$\frac{1}{2}$V（NH₃）=$\frac{{n}_{1}}{4{t}_{1}}$mol/（L•min），故G正確；
故答案為：AEFG；
（3）一定溫度下，向一個(gè)容積為2L的密閉容器中通入2molN₂和7molH₂，則依據(jù)平衡三段式列式計(jì)算，設(shè)氮?dú)庀�耗物質(zhì)的量為x；
                N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g），
起始量（mol/L）  2        7       0
變化量（mol/L）  x      3x        2x
平衡量（mol/L） 2-x     7-3x      2x
達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得容器內(nèi)的壓強(qiáng)為起始時(shí)的$\frac{7}{9}$倍，氣體物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，2-x+7-3x+2x=$\frac{7}{9}$（2+7），解得x=1，
平衡常數(shù)K=$\frac{（\frac{2}{2}）^{2}}{\frac{1}{2}×（\frac{4}{2}）^{3}}$=0.25；
起始量為amol N₂、bmol H₂、cmol NH₃（a、b、c均不為零），欲使平衡混合物中各物質(zhì)的質(zhì)量與原平衡相同，滿(mǎn)足轉(zhuǎn)化為起始量“等量等效”；
               N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g），
起始量（mol/L）  a       b          c
轉(zhuǎn)化量         a+$\frac{c}{2}$    b+$\frac{3c}{2}$         0
則a+$\frac{c}{2}$=2、b+$\frac{3c}{2}$=7，則3a-b=-1，即為b-3a=1；
因?yàn)槠胶鈺r(shí)氨氣的濃度為2mol/L，要使反應(yīng)完全正向進(jìn)行，氨氣的濃度為4mol/L，所以欲使反應(yīng)在起始時(shí)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，c的取值范圍是2＜c＜4，
故答案為：0.25；b-3a=1；2＜c＜4；
（4）H₂（g）的燃燒熱為285.8kJ/mol，表示NH₃（g）燃燒熱的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：NH₃（g）+$\frac{3}{4}$O₂（g）=$\frac{1}{2}$N₂（g）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）△H=-382.5KJ/mol；
在氨燃料電池中，氨氣失去電子，在負(fù)極反應(yīng)，被氧化成氮?dú)�，氧氣得到電子，在正極反應(yīng)，由于在堿性介質(zhì)中，根據(jù)電荷守恒可寫(xiě)出電極反應(yīng)式為：2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O，根據(jù)氨的燃燒熱的方程式可知，生成1mol氮?dú)饪梢苑懦?65KJ的熱量，所以該燃料電池的實(shí)際效率為$\frac{460}{765}$×100%=60.1%，
故答案為：NH₃（g）+$\frac{3}{4}$O₂（g）=$\frac{1}{2}$N₂（g）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）△H=-382.5KJ/mol；2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O； 60.1%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)方法，化學(xué)平衡影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，等效平衡狀態(tài)的分析方法，原電池原理的應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．