Question

17．氨是一種重要的化工原料，也是重要的工業(yè)產(chǎn)品，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用．
（1）液氨儲氫是目前研究的重要課題，液氨的電離和水的電離相似，液氨中的氨也能發(fā)生電離：：NH₃+NH₃?NH₄⁺+NH₂^-，其離子積常數(shù)為1.0×10^-30．現(xiàn)將2.3克金屬鈉投入1.0L液氨中，待反應(yīng)結(jié)束后，假設(shè)溶液體積不變，所得溶液中NH₄⁺離子濃度為1.0×l0^-29mol/L．
（2）用Pt電極對液氨進行電解可產(chǎn)生H₂和N₂，則陽極的電極反應(yīng)式是8NH₃-6e^-=N₂↑+6NH₄⁺或6NH₂^--6e^-=N₂↑+4NH₃．
（3）以H₂為原料制取氨氣進而合成CO（NH₂）₂的反應(yīng)如下：
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ•mol^-1
NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+72.49kJ•mol^-1
則N₂（g）、H₂（g）與CO₂（g）反應(yīng)生成CO（NH₂）₂（s）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38kJ•mol^-1．
（4）將一定量的N₂和H₂充入1L的密閉容器中，在500℃、2×10⁷Pa下反應(yīng)并達到平衡，測得N₂為0.10mol，H₂為0.30mol，NH₃為0.10mol，則H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為33.3%；在該溫度下的平衡常數(shù)K=3.70．
（5）如圖是某壓強下，N₂與H₂按體積比1：3投料時，反應(yīng)混合物中氨的體積分數(shù)隨溫度的變化曲線．其中一條是經(jīng)過一定時間反應(yīng)后的曲線，另一條是平衡時的曲線．則圖中b點，v_（正）＞v_（逆）．（填“＞”、“=”或“＜”）

Answer 1

分析 （1）氨和水類似，也能發(fā)生電離：NH₃+NH₃=NH₄⁺+NH₂^-，將2.3g金屬鈉投入1.0L液氨中會結(jié)合NH₂^-，促進液氨的電離，鈉與液氨反應(yīng)生成NaNH₂，結(jié)合化學(xué)方程式計算；
（2）用Pt電極對液氨進行電解可產(chǎn)生H₂和N₂，陰極上氨氣或銨根離子得電子生成氫氣，而陽極是氨氣中-3價的氮失電子生成氮氣；
（3）N₂（g）、H₂（g）與CO₂（g）反應(yīng)生成CO（NH₂）₂（s）和H₂O（l），所以反應(yīng)的方程式為：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l），由蓋斯定律分析解答；
（4）測得N₂為0.10mol，H₂為0.30mol，NH₃為0.10mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的氫氣物質(zhì)的量=0.15mol，則H₂的平衡轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的氫氣物質(zhì)的量}{氫氣初始物質(zhì)的量}$×100%；平衡是c（N₂）=0.10mol/L、c（H₂）=0.30mol/L、c（NH₃）=0.10mol/L，在該溫度下的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）．{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
（5）根據(jù)圖知，a是平衡曲線、b是經(jīng)過一定時間反應(yīng)后的曲線，該溫度下要使該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，應(yīng)該增大氨氣含量，平衡正向移動．

解答 解：（1）將2.3g金屬鈉投入1.0L液氨中發(fā)生反應(yīng)為：2Na+2NH₃=2NaNH₂+H₂↑；促進液氨的電離，依據(jù)：NH₃+NH₃=NH₄⁺+NH₂^-，[NH₄⁺][NH₂^-]=l.0×l0^-30；反應(yīng)生成NH₂^-物質(zhì)的量為0.1mol，濃度為0.1mol/L，所得溶液中NH₄⁺的濃度l.0×l0^-29mol/L，
故答案為：1.0×l0^-29mol/L；
（2）用Pt電極對液氨進行電解可產(chǎn)生H₂和N₂，陰極上氨氣或銨根離子得電子生成氫氣，電極反應(yīng)式為2NH₃+2e^-=H₂+2NH₂^- 或 2NH₄⁺+2e^-=H₂+2NH₃，
陽極的電極反應(yīng)式為：8NH₃-6e^-=N₂↑+6NH₄⁺或 6NH₂^--6e^-=N₂↑+4NH₃，故答案為：8NH₃-6e^-=N₂↑+6NH₄⁺或 6NH₂^--6e^-=N₂↑+4NH₃；
（3）N₂（g）、H₂（g）與CO₂（g）反應(yīng)生成CO（NH₂）₂（s）和H₂O（l），所以反應(yīng)的方程式為：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l），根據(jù)①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1；
②2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ•mol^-1；
③NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+72.49kJ•mol^-1；
由蓋斯定律可知：①+②+③得：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38 kJ•mol^-1，故答案為：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38 kJ•mol^-1；
（4）測得N₂為0.10mol，H₂為0.30mol，NH₃為0.10mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的氫氣物質(zhì)的量=0.15mol，則H₂的平衡轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的氫氣物質(zhì)的量}{氫氣初始物質(zhì)的量}$×100%=$\frac{0.15mol}{0.3mol+0.15mol}$×100%=33.3%；平衡是c（N₂）=0.10mol/L、c（H₂）=0.30mol/L、c（NH₃）=0.10mol/L，在該溫度下的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）．{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.1{0}^{2}}{0.10×0.3{0}^{3}}$=3.70，
故答案為：33.3%；3.70；
（5）根據(jù)圖知，a是平衡曲線、b是經(jīng)過一定時間反應(yīng)后的曲線，該溫度下要使該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，應(yīng)該增大氨氣含量，平衡正向移動，則正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故答案為：＞．

點評 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計算及電解原理，為高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，明確化學(xué)平衡計算方法、電解原理是解本題關(guān)鍵，難點是（5）題，會根據(jù)物質(zhì)濃度相對大小確定反應(yīng)方向，題目難度中等．