Question

【題目】工業(yè)上利用N2和H2可以實現(xiàn)合成氨氣，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(chǎn)。請回答下列有關問題：

（1）已知N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH =+180.5kJ·mol－1，N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH =－92.4kJ·mol－1，2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH =－483.6kJ·mol－1，寫出氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸氣的熱化學方程式為___________。

（2）在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，其化學平衡常數(shù)K與溫度t的關系如下表：

t/K	298	398	498	......
K/(mol/L)2	4.1×106	K1	K2	......

完成下列問題：

①比較K1、K2的大小：K1______K2(填“>”、“=”或“<”)；

②在恒溫恒壓下判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是______(填序號)；

A．2v(H2)(正)=3v(NH3)(逆) B．2v(N2) (正)=v(H2) (逆)

C．容器內(nèi)壓強保持不變 D．混合氣體的密度保持不變

（3）硝酸工業(yè)的尾氣NO可用于制備NH4NO3，其工作原理如圖。

①其陰極的電極反應式為___________。

②常溫下，1L pH=6的NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+c(OH－)=________mol·L－1。

（4）工業(yè)上生產(chǎn)尿素的化學方程式為：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)。在T℃，體積為4L的密閉容器中，通入6mol NH3和3mol CO2，反應達到平衡時，c(NH3)=0.5mol·L－1，c(CO2)=0.25mol·L－1。若此時保持T℃和平衡時容器的壓強不變，再向體積可變的容器中充入3mol NH3，則此時反應的v正____ v逆(填“>”“<”或“=”)。再次平衡后，平衡常數(shù)為______。

Answer 1

【答案】4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－905.0 kJ·mol－1 ＞ AD 1×10－6 ＜ 16

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律書寫氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸氣的熱化學方程式；

(2) ①合成氨反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動；

②根當正逆反應速率相等，各物質(zhì)濃度保持不變，反應達到化學平衡狀態(tài)；

(3) ①陰極得電子發(fā)生還原反應；②根據(jù)質(zhì)子守恒：NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+c(OH－)= c(H+)；

(4)平衡常數(shù)K=；根據(jù)Q、K的關系判斷V正、V逆的關系。

（1）將已知反應依次編號為①②③，由蓋斯定律，①×2－②×2＋③×3得氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸氣的方程式4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g)，則△H＝[(+180.5kJ·mol－1)×2－(－92.4kJ.mol－1)×2＋(－483.6kJ·mol－1)×3]＝－905.0kJ·mol－1 ，故答案為：4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－905.0 kJ·mol－1；

（2）①合成氨反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)K減小，則K1＞K2，故答案為：＞；

②A、2v(H2)(正)=3v(NH3)(逆)說明正反應速率等于逆反應速率，達到平衡狀態(tài)，故正確；

B、2v(N2) (正)=v(H2) (逆)不能說明反應正反應速率等于逆反應速率，沒有達到平衡狀態(tài)，故錯誤；

C、恒溫恒壓下，無論是否達到平衡，容器內(nèi)壓強始終保持不變，反應不一定達到平衡狀態(tài)，故錯誤；

D、由質(zhì)量守恒定律可知，平衡前后氣體質(zhì)總量不變，該反應是氣體體積減小的反應，反應時容器體積變小，混合氣體密度增大，混合氣體的密度保持不變說明反應正反應速率等于逆反應速率，達到平衡狀態(tài)，故正確；

正確選項為AD，故答案為：AD；

(3) ①電解時，陰極上發(fā)生還原反應，根據(jù)示意圖可知，酸性條件下，NO在陰極得電子發(fā)生還原反應生成NH4＋,電極反應式為NO＋5e－＋6H＋＝NH4＋＋H2O，故答案為：NO＋5e－＋6H＋＝NH4＋＋H2O；

②pH=6的NH4NO3溶液中，c(H+)=1×10－6 mol·L－1，根據(jù)質(zhì)子守恒：NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+

c(OH－)=c(H+)=1×10－6mol·L－1，故答案為：1×10－6；

(4)由方程式可知，平衡常數(shù)K=，反應達到平衡時，c(NH3)=0.5mol·L－1，c(CO2)=0.25mol·L－1，則K==16；T℃和平衡時容器的壓強不變，再向體積可變的容器中充入3molNH3，設容器體積為VL，由同溫同壓下，體積比等于物質(zhì)的量比可得關系式：=，解得V=8L，此時c(NH3)=mol·L－1，c(CO2)=mol·L－1，濃度熵Qc=＝=20.48＞K，反應逆向進行，故有V正＜V逆，故答案為：＜；16。