Question

3．氨是一種重要的化工產(chǎn)品．
（1）熱化學(xué)循環(huán)制氫可以采用如下的反應(yīng)：
①Br₂（g）+CaO（s）=CaBr₂（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=-73kJ•mol^-1
②CaBr₂（s）+H₂O（g）=CaO（s）+2HBr（g）△H=+212kJ•mol^-1
③Fe₃O₄（s）+8HBr（g）=Br₂（g）+3FeBr₂（s）+4H₂O（g）△H=-274kJ•mol^-1
④3FeBr₂（s）+4H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+6HBr（g）+H₂（g）△H=+354kJ•mol^-1
則H₂O（g）??H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=+249kJ•mol^-1．
（2）在一定溫度下，在固定體積的密閉容器中進(jìn)行可逆反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）??2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．可判定該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)標(biāo)志的選項(xiàng)是BDE．
A．v（N₂）_正=2v（NH₃）_逆
B．單位時(shí)間生成amolN₂的同時(shí)消耗3amolH₂
C．混合氣體的密度不再隨時(shí)間變化
D．容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不再隨時(shí)間而變化
E．a(chǎn)molN≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6amolN-H鍵斷裂
F．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2
（3）反應(yīng)2NH₃（g）??N₂（g）+3H₂（g）在容積為1.0L的密閉容器中進(jìn)行，NH₃的初始濃度為0.05mol/L．溫度T₁和T₂下NH₃的濃度與時(shí)間關(guān)系如圖所示．回答下列問題：
①上述反應(yīng)的溫度T₁小于T₂，平衡常數(shù)K（T₁）小于K（T₂）．（填“大于”、“小于”或“等于”）
②若溫度T₂時(shí)，5min后反應(yīng)達(dá)到平衡，NH₃的轉(zhuǎn)化率為80%，則：平衡時(shí)混合氣體總的物質(zhì)的量為0.09mol．反應(yīng)在0～5min區(qū)間的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.004mol/（L•min）．
（4）某化學(xué)小組模擬工業(yè)合成氨的反應(yīng)．在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molN₂和3molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計(jì)）后在一定溫度壓強(qiáng)下開始反應(yīng)，并用壓力計(jì)監(jiān)測容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25	30
壓強(qiáng)/MPa	16.80	14.78	13.86	13.27	12.85	12.60	12.60

則反應(yīng)在該溫度下平衡常數(shù)K=2.37（保留三三位有效數(shù)字）；保持溫度不變，30min時(shí)再向該密閉容器中投入0.5molN₂、0.5molH₂和1molNH₃，此時(shí)反應(yīng)將正向進(jìn)行（填“正向進(jìn)行”、“逆向進(jìn)行”或“處于平衡狀態(tài)”）．
（5）以氨為燃料可以設(shè)計(jì)制造氨燃料電池，產(chǎn)物無污染．若電極材料均為惰性電極，KOH溶液作電解質(zhì)溶液，則該電池負(fù)極電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律求解；
（2）根據(jù)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，一定滿足正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不變進(jìn)行判斷；
（3）①溫度越高達(dá)平衡所需的時(shí)間越短，然后結(jié)合圖象分析反應(yīng)的熱效應(yīng)，從而得出K的變化情況；
②根據(jù)三行式，結(jié)合平衡常數(shù)和反應(yīng)速率的公式來求解；
（4）根據(jù)平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度計(jì)算其平衡常數(shù)，用濃度積與K比較大小判斷反應(yīng)的方向；
（5）堿性燃料電池中，負(fù)極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）因?yàn)棰貰r₂（g）+CaO（s）=CaBr₂（s）+12O₂（g）△H=-73kJ•mol^-1
②CaBr₂（s）+H₂O（g）=CaO（s）+2HBr（g）△H=+212kJ•mol^-1
③Fe₃O₄（s）+8HBr（g）=Br₂（g）+3FeBr₂（s）+4H₂O（g）△H=-274kJ•mol^-1
④3FeBr₂（s）+4H₂O（g）=Fe₃O₄（s）+6HBr（g）+H₂（g）△H=+354kJ•mol^-1
則由蓋斯定律①+②+③+④得到：H₂O（g）?H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=+249KJ/mol，
故答案為：+249；
（2）根據(jù)反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）=?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
A．速率之比與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比，2v（N₂）_正=v（NH₃）_逆，故A錯(cuò)誤；
B．單位時(shí)間生成amolN₂的同時(shí)消耗3amolH₂，方向相反成正比例，故B正確；
C．混合氣體的密度=$\frac{m}{V}$，混合氣體的質(zhì)量不變更，V反應(yīng)前后不變，故密度不是變量，不能判斷平衡，故C錯(cuò)誤；
D．容器內(nèi)的總壓強(qiáng)為變量，故壓強(qiáng)不再隨時(shí)間而變化則平衡，故D正確；
E．a(chǎn)molN≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6amolN-H鍵斷裂，方向相反成正比例，能作為平衡的標(biāo)志，故E正確；
F．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2任何時(shí)候均成立，故F錯(cuò)誤，
故選：BDE；
（3）①由圖可知T₂先達(dá)平衡狀態(tài)，所以T₁小于T₂，而溫度越高K越小，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以溫度越高K值越大，故答案為：小于；小于；
②2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始濃度：0.050     0         0 
變化濃度：0.04    0.02     0.06        
平衡濃度：0.01    0.02     0.06
平衡時(shí)體系總的物質(zhì)的量為=（0.01+0.02+0.06）×1=0.09mol；
反應(yīng)在0～5min區(qū)間的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.025=0.004mol/（L•min）；
故答案為：0.09mol；0.004mol/（L•min）；
（4）一溫度下，容器中氣體壓強(qiáng)與總的物質(zhì)的量成正比，設(shè)平衡狀態(tài)時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為x，
16.80：12.60=（1+3）mol：x，x=4mol×$\frac{12.60}{16.80}$=3mol，所以平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為3mol，
設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為y，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）物質(zhì)的量減少
1mol                                               2mol
y                                                 （4-3）mol
1mol：2mol=y：（4-3）mol，
y=1mol×（4-3）mol÷2mol=0.5mol，
平衡時(shí)，c（N₂）═0.25mol/L、
c（H₂）=$\frac{3mol-0.5mol×3}{2L}$=0.75mol/L、
c（NH₃）=0.5mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0．{5}^{2}}{0.25×0.7{5}^{3}}$=2.37（ mol/L）^-2，
30min時(shí)再向該密閉容器中投入0.5molN₂、0.5molH₂和1molNH₃，Qc=$\frac{{1}^{2}}{0.5×{1}^{3}}$＜K，故此時(shí)反應(yīng)正向進(jìn)行；
故答案為：2.37（ mol/L）^-2；正向進(jìn)行；
（5）堿性燃料電池中，負(fù)極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該原電池中負(fù)極上氨氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)反應(yīng)能量變化、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、可逆反應(yīng)特點(diǎn)、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算等知識(shí)，圖象分析與化學(xué)平衡的計(jì)算應(yīng)用本題難度中等，試題涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，注意掌握化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法、化學(xué)反應(yīng)的可能性，電離平衡常數(shù)的計(jì)算方法．