Question

6．氨在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛．德國(guó)人哈伯發(fā)明了合成氨反應(yīng)，其原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．在500℃、20MPa時(shí)，將N₂和H₂通入到體積為2L的密閉容器中，反應(yīng)過(guò)程中各種物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如圖1所示：
（1）10min內(nèi)用NH₃表示該反應(yīng)的平均速率，v（NH₃）=0.005mol/（L•min）．
（2）在10～20min內(nèi)NH₃濃度變化的原因可能是a（填字母）．
a．加了催化劑   b．降低溫度  c．增加NH₃的物質(zhì)的量
（3）該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是ce （填字母）．
a．3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆
b．混合氣體的密度不再隨時(shí)間變化
c．容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不再隨時(shí)間而變化
d．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2
e．單位時(shí)間生成m mol N₂的同時(shí)消耗3m mol H₂
f．a(chǎn) mol N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6a mol N-H鍵合成
（4）第一次平衡時(shí)，平衡常數(shù)K₁=K₁=$\frac{（0.15）^{2}}{（0.125）×（0.075）^{3}}$（用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示）．NH₃的體積分?jǐn)?shù)是42.86%（保留2位小數(shù)）．
（5）在反應(yīng)進(jìn)行到25min時(shí)，曲線發(fā)生變化的原因是移走了生成的NH₃（或減小了氨氣的濃度）．
（6）已知：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
氨氣完全燃燒生成氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式是4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266kJ/mol．
（7）氨氧燃料電池具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ�氨氧燃料電池工作原理如圖2所示：
①a電極的電極反應(yīng)式是2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O；
②一段時(shí)間后，需向裝置中補(bǔ)充KOH，請(qǐng)依據(jù)反應(yīng)原理解釋原因是由于電池反應(yīng)生成水，4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，所以電解質(zhì)中氫氧根濃度減小，即堿性減弱，pH減小，為維持堿溶液的濃度不變需要向裝置中補(bǔ)充KOH．

Answer 1

分析 （1）10min內(nèi)氨氣的物質(zhì)的量不會(huì)為0.10mol，根據(jù)反應(yīng)速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)算；
（2）根據(jù)圖象知，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，10min時(shí)是連續(xù)的，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說(shuō)明為使用催化劑；
（3）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（4）化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；相同條件下氣體體積分?jǐn)?shù)等于其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；
（5）25分鐘，NH₃的物質(zhì)的量突然減少，而H₂、N₂的物質(zhì)的量不變，據(jù)此判斷改變的條件；
（6）已知：①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律②×3-①×2可得4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g），據(jù)此計(jì)算出其焓變即可；
（7）①燃料電池中，負(fù)極上是燃料氨發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
②根據(jù)電極反應(yīng)式分析氫氧根離子濃度的變化情況．

解答 解：（1）根據(jù)圖象可知，10min時(shí)氨氣的物質(zhì)的量為0.1mol，則10min內(nèi)用NH₃表示該反應(yīng)的平均速率為：v（NH₃）=$\frac{\frac{0.10mol}{2L}}{10min}$=0.005 mol/（L•min），
故答案為：0.005 mol/（L•min）；
（2）由圖象可知各組分物質(zhì)的量變化增加，且10min時(shí)變化是連續(xù)的，20min達(dá)平衡時(shí)，△n（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物質(zhì)的量變化之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說(shuō)明10min可能改變的條件是使用催化劑；而降低溫度，應(yīng)該反應(yīng)速率減小，增加NH₃物質(zhì)的量，逆反應(yīng)速率增加的倍數(shù)大，故只有使用催化劑符合，故a正確，
故答案為：a；
（3）a．3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆，表示的是正反應(yīng)和逆反應(yīng)，但是不滿足計(jì)量數(shù)關(guān)系，說(shuō)明沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體的質(zhì)量不變，氣體的體積不變，故密度不變，若密度不再隨時(shí)間變化，不能說(shuō)明平衡，故b錯(cuò)誤；
c．容器內(nèi)前后氣體的物質(zhì)的量有變化，說(shuō)明壓強(qiáng)時(shí)變量，總壓強(qiáng)不再隨時(shí)間而變化，說(shuō)明平衡，故c正確；
d．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2，無(wú)法判斷各組分的濃度是否不再變化，故d錯(cuò)誤；
e．單位時(shí)間生成m mol N₂的同時(shí)消耗3m mol H₂，方向相反成正比例，故e正確；
f．a(chǎn) mol N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6a mol N-H鍵合成，表示的都是正反應(yīng)，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故f錯(cuò)誤；
故答案為：c e；
（4）由圖象可知，20min時(shí)該反應(yīng)第一次達(dá)到平衡狀態(tài)，n（N₂）=0.025mol×10=0.25mol，則c（N₂）=$\frac{0.25mol}{2L}$=0.125mol/L，n（H₂）=0.025mol×6=0.15mol，則c（H₂）=$\frac{0.15mol}{2L}$=0.075mol/L，n（NH₃）=0.025mol×12=0.3mol，則c（NH₃）=$\frac{0.3mol}{2L}$=0.15mol/L，所以第一次平衡時(shí)，平衡常數(shù)K₁=$\frac{（0.15）^{2}}{（0.125）×（0.075）^{3}}$；此時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù)=物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=$\frac{0.3mol}{0.25mol+0.15mol+0.3mol}$×100%≈42.86%，
故答案為：K₁=$\frac{（0.15）^{2}}{（0.125）×（0.075）^{3}}$；42.86%；
（5）根據(jù)圖象可知第25分鐘時(shí)NH₃的物質(zhì)的量突然減少，H₂、N₂的物質(zhì)的量不變，說(shuō)明改變條件應(yīng)是移走了生成的NH₃，
故答案為：移走了生成的NH₃（或減小了氨氣的濃度）；
（6）已知：①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol、②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律②×3-①×2得：4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=（-483.6kJ/mol）×3-（-92.4kJ/mol）×2=-1266kJ/mol，
即氨氣完全燃燒生成氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式是：4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266kJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266kJ/mol；
（7）①燃料電池中，負(fù)極上是燃料氨發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，a電極通入的是氨氣，為負(fù)極，負(fù)極上燃料氨氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O，b電極為正極，電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O；
②反應(yīng)一段時(shí)間后，由于電池反應(yīng)生成水，4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，所以電解質(zhì)中氫氧根濃度減小，即堿性減弱，pH減小，為維持堿溶液的濃度不變需要向裝置中補(bǔ)充KOH，
故答案為：由于電池反應(yīng)生成水，4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，所以電解質(zhì)中氫氧根濃度減小，即堿性減弱，pH減小，為維持堿溶液的濃度不變需要向裝置中補(bǔ)充KOH．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡計(jì)算、反應(yīng)熱與焓變、原電池工作原理、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷等知識(shí)，題目濃度較大，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用能力．