Question

【題目】氨的合成對社會發(fā)展與進(jìn)步有巨大貢獻(xiàn)。

(1)某溫度下，在容積均為2L的兩個(gè)密閉容器中分別發(fā)生反應(yīng)。N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-92.0kJ/mol。相關(guān)數(shù)據(jù)如下:

容器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	1molN2(g)和3molH2(g)	2molNH3(g)
平衡時(shí)c(NH3)	c1	c2
平衡時(shí)能量變化	放出18.4kJ	吸收akJ

①下列情況能說明該反應(yīng)一定達(dá)到中平衡狀態(tài)的是_____(填字母)。

A.3v(N2)正=v(H2)逆 B.N2、H2的濃度之比不再隨時(shí)間改變

C.容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變 D.容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

②其他條件不變，達(dá)到平衡后，下列不能提高H2轉(zhuǎn)化率的操作是_____ (填字母)。

A.升高溫度 B.充入更多的H2 C.移除NH3 D.壓縮容器體積

③c1__c2(填“>”“<”或“=”)。

(2)合成氨也可以采用電化學(xué)法，其原理如右圖所示。則陰極的電極反應(yīng)式是_________。

(3)已知:氨在某催化劑催化氧化過程中主要有以下兩個(gè)競爭反應(yīng):

反應(yīng)I:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=-906kJ/mol

反應(yīng)II:4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H=-1267kJ/mol

①該條件下，N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=_____kJ/mol

②為分析催化劑對反應(yīng)的選擇性，在1L密閉容器中充入1molNH3和2molO2，在一定時(shí)間內(nèi)測得有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量隨溫度變化如圖所示。

該催化劑在較低溫度時(shí)主要選擇反應(yīng)___填“反應(yīng)I”或“反應(yīng)II”)。當(dāng)溫度高于840℃時(shí)，反應(yīng)I中NO的物質(zhì)的量減少的原因是________。520℃時(shí)，反應(yīng)I的平衡常數(shù)K=____(只列算式不計(jì)算)。

Answer 1

【答案】 AD AB = N2+6e-+6H+=2NH3 +180.5 反應(yīng)Ⅱ 反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，在840℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升高溫度，平衡逆向移動，從而使NO物質(zhì)的量減少 mol/L

【解析】(1)①化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷，得出正確結(jié)論；
②N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，兩種物質(zhì)組成改變一種會增大另一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化率，本身轉(zhuǎn)化率減小，平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大；
③應(yīng)用恒溫恒容條件下的等效平衡知識來解決；甲、乙是等效平衡，則甲和乙建立的平衡相同，氨氣的濃度相同；據(jù)此分析。

(2)陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氮?dú)庠陉帢O上放電，與氫離子結(jié)合生成氨氣。

(3) ①根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；

②從圖可知，在較低溫度時(shí)，產(chǎn)物主要是N2,所以該催化劑在較低溫度時(shí)主要選擇反應(yīng)II；反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，在840℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升高溫度，平衡逆向移動，從而使NO物質(zhì)的量減少；

520℃時(shí)，各物質(zhì)的平衡濃度c(N2)=c(NO)=0.2mol/L，根據(jù)N原子守恒，C(NH3)=(1-0.2-0.2×2)mol/L=0.4mol/L，C(H2O)=1.5(0.2+0.4)mol/L=0.9mol/L，c(O2)=(2-0.1-0.45)mol/L=1.45mol/L，以此計(jì)算平衡常數(shù)。

詳解:(1)①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，
A.反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比為正反應(yīng)速率之比，3v(N2)正=v(H2)逆說明正反應(yīng)等于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B. N2、H2的濃度之比始終不變，不隨反應(yīng)而改變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C.反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，體積不變，氣體密度始終不變，氣體的密度不再隨時(shí)間改變，故C錯(cuò)誤；
D.氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量減小，氣體的平均相對分子質(zhì)量不再隨時(shí)間改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；

因此，本題正確答案是: AD；
②A.反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故A符合；
b.充入更多的H2會提高N2的轉(zhuǎn)化率，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故B符合；
c.移除NH3平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故C不符合；
d. 壓縮容器體積，壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故D不符合；
因此，本題正確答案是: AB；
③應(yīng)用恒溫恒容條件下的乙的投料量極端轉(zhuǎn)化為甲相當(dāng)于投1molN2(g)和3molH2(g)，所以兩者是等效平衡，所以c1=c2。

因此，本題正確答案是：=；
（2）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氮?dú)庠陉帢O上放電，與氫離子結(jié)合生成氨氣，電極反應(yīng)式為N2+6e-+6H+=2NH3；

因此，本題正確答案是：N2+6e-+6H+=2NH3；

（3）①（反應(yīng)II-反應(yīng)I）/2得N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180.5kJ/mol

②從圖可知，在較低溫度時(shí)，產(chǎn)物主要是N2,所以該催化劑在較低溫度時(shí)主要選擇反應(yīng)II；反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，在840℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升高溫度，平衡逆向移動，從而使NO物質(zhì)的量減少；

520℃時(shí)，各物質(zhì)的平衡濃度c(N2)=c(NO)=0.2mol/L，根據(jù)N原子守恒，C(NH3)=(1-0.2-0.2×2)mol/L=0.4mol/L，C(H2O)=1.5(0.2+0.4)mol/L=0.9mol/L，c(O2)=(2-0.1-0.45)mol/L=1.45mol/L，

反應(yīng)I的平衡常數(shù)K==mol/L。