Question

3．化石燃料的燃燒會產(chǎn)生大量污染大氣的二氧化硫和溫室氣體二氧化碳．而氫氣和氨氣都被認(rèn)為是無碳無污染的清潔能源．
（1）某些合金可用于儲存于氫，金屬儲氫的原理克表示為M+xH₂═MH_2x（M表示某種合金）．如圖1表示溫度分別為T₁、T₂且T₁＜T₂時最大吸氫量與氫氣壓強(qiáng)的關(guān)系．則該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”或“＜”）

（2）氨在氧氣中燃燒，生成水和一種空氣組成成分的單質(zhì)．已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92KJ•mol^-1及H₂的燃燒熱為286kJ•mol^-1；試寫出氨在氧氣中燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1532kJ•mol^-1．
（3）在一定條件下，將1molN₂和3molH₂混合與一個10L的容積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，5分鐘后達(dá)到平衡，平衡時氨的體積分?jǐn)?shù)為25%．
①反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
②反應(yīng)開始到平衡時H₂的消耗速率v（H₂）=0.024mol/（L﹒min）；
③能判斷該反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是a；
a 容器中壓強(qiáng)不變      b．混合氣體的密度不變
c.3v（H₂）=2v（NH₃）   d．c（N₂）：c（H₂）：c（NH₃）=1：3：2
④對于上述平衡狀態(tài)，改變下列條件能使反應(yīng)速率增大，且平衡向正向移動的是d；
a 選用更高效的催化劑     b 升高溫度c 及時分離出氨氣         d 增加H₂的濃度
⑤如今采用SCY陶瓷固體電解質(zhì)的電化學(xué)合成氨裝置（如圖2），該裝置用可以傳導(dǎo)質(zhì)子的固態(tài)物質(zhì)作為介質(zhì)．電池總反應(yīng)為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），那么該電解池陰極反應(yīng)式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，當(dāng)陽極失去0.6mol電子時，陰極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為4.48L．

Answer 1

分析 （1）在壓強(qiáng)相同的條件下，T₁對應(yīng)的吸氫量大，又T₁＜T₂，也就是T₂→T₁，降溫平衡正向移動，據(jù)此分析；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1 ①
     由H₂的燃燒熱為286kJ•mol^-1，則2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1 ②
根據(jù)蓋斯定律，由②×3-①×2解答；
（3）①化學(xué)平衡常數(shù)是平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
②設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量，再根據(jù)三段法求出各自的物質(zhì)的量，再根據(jù)體積分?jǐn)?shù)求出未知數(shù)，然后根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算反應(yīng)速率；
③化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，以此解答；
④依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析，增大壓強(qiáng)，濃度、升高溫度速率都增大，平衡是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動原理分析判斷；
⑤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；根據(jù)電極方程式計算陰極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積．

解答 解：（1）在壓強(qiáng)相同的條件下，T₁對應(yīng)的吸氫量大，又T₁＜T₂，也就是T₂→T₁，降溫平衡正向移動，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H＜0；
故答案為：＜；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1 ①
     由H₂的燃燒熱為286kJ•mol^-1，則2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1 ②
根據(jù)蓋斯定律，由②×3-①×2得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1×3+92kJ•mol^-1×2=-1532 kJ•mol^-1
故答案為：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1532 kJ•mol^-1；
（3）①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$，故答案為：K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
②設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量xmol，
                N₂ +3H₂ $?_{高溫高壓}^{催化劑}$ 2NH₃
開始（mol）：1      3              0
變化（mol）：x      3x             2x
平衡（mol）：1-x     3-3x          2x
5min后達(dá)到平衡，平衡時氨的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$×100%=25%，解：x=0.4，
H₂的反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{10L}}{5min}$×3=0.024mol/（L﹒min），故答案為：0.024mol/（L﹒min）； 
③a．該可逆反應(yīng)反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，則容器內(nèi)壓強(qiáng)也不停變化，所以容器中壓強(qiáng)不變，能說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故a正確；
b．因為反應(yīng)前后總質(zhì)量不變，又體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，則混合氣體的密度不變，不能說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故b錯誤；
c．3v（H₂）=2v（NH₃），未指明正逆方向，不能說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故c錯誤；
d．c（N₂）：c（H₂）：c（NH₃）=1：3：2時可能處于平衡狀態(tài)，可能不處于平衡狀態(tài)，與反應(yīng)的條件有關(guān)，故d錯誤；
故選：a；
④a．選用更高效的催化劑，能增大正反應(yīng)速率，但平衡不移動，故a錯誤；
b．升高溫度，能增大正反應(yīng)速率，但平衡向吸熱的逆向移動，故b錯誤；
c．及時分離出氨氣，反應(yīng)速率減慢，故c錯誤；
d．增加H₂的濃度，增大反應(yīng)物的濃度，能增大正反應(yīng)速率，平衡正向移動，故d正確；
故選d；
⑤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，當(dāng)陽極失去0.6mol電子時，則陰極得到0.6mol電子，所以產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為$\frac{0.6mol}{6}$×2×22.4L/mol=4.48L，故答案為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃；4.48L．

點評 本題考查了圖象的理解應(yīng)用，主要是化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡影響因素、平衡標(biāo)志以及電解池原理等知識，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等，注意知識的遷移應(yīng)用．