Question

6．氨是氮循環(huán)過程中的重要物質(zhì)，氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法．
（1）根據(jù)圖1提供的信息，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92 kJ•mol^-1．在圖1中曲線b（填“a”或“b”）表示加入鐵觸媒的能量變化曲線．
（2）在恒容器中，下列描述中能說明上述反應(yīng)已達(dá)平衡的是BDE．
A．3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆
B．單位時(shí)間內(nèi)生成nmolN₂的同時(shí)生成2nmolNH₃
C．混合氣體的密度不再改變
D．容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間的變化而變化
E．?dāng)嚅_一個(gè)氮氮鍵同時(shí)形成3個(gè)氫氫鍵
F．C（N₂）：C（H₂）：C（NH₃）=1：3：2
（3）一定溫度下，向2L密閉容器中充入1molN₂和3molH₂，保持體積不變，0.5min后達(dá)到平衡，測(cè)得容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)$\frac{1}{9}$，則平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.2mol/（L•min），該溫度下的平衡常數(shù)K=$\frac{25}{432}$（用分?jǐn)?shù)表示）．如在該溫度下向2L密閉容器中通入xmolN₂、ymolH₂、zmolNH₃，使平衡向逆向移動(dòng)，平衡后NH₃的體積分?jǐn)?shù)為573～637K時(shí)的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物配比等因素對(duì)其產(chǎn)率的影響．請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表：

編號(hào)	溫度/K	反應(yīng)時(shí)間/h	反應(yīng)物質(zhì)的量配比	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/td>
①	573	4	1：3	實(shí)驗(yàn)②和④探究溫度對(duì)產(chǎn)率的影響
②	573	4	1：4
③	573	3	4：1	實(shí)驗(yàn)②和③探究反應(yīng)時(shí)間對(duì) 產(chǎn)率的影響
④	673	4	1：4

（4）使用合適的催化劑和電極材料，以N₂、H₂為原料，以HCl-NH₄Cl為電解質(zhì)溶液可構(gòu)成新型燃料電池，同時(shí)達(dá)到固氮作用．該電池的正極反應(yīng)式為N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖1計(jì)算出反應(yīng)熱，寫出熱化學(xué)方程式；催化劑能降低反應(yīng)的活化能；
（2）化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，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；
（3）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)$\frac{1}{9}$，設(shè)反應(yīng)中轉(zhuǎn)化的xmol氮?dú)猓?br />                        N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）  1                 3                0
變化量（mol）  x                3x              2x
平衡量（mol） 1-x              3-3x           2x
根據(jù)v（N₂）=$\frac{△c（{N}_{2}）}{t}$計(jì)算；根據(jù)k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$計(jì)算；
研究該反應(yīng)在溫度為378～398K時(shí)的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物配比等因素對(duì)其產(chǎn)率的影響，由控制變量法可知，②和④中只有溫度不同，②和③中只有時(shí)間不同；
（4）N₂與H₂反應(yīng)時(shí)，氮?dú)獾秒娮�，原電池正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)．

解答 解：（1）由圖1可知，1molN₂（g）與3molH₂（g）完全反應(yīng)生成2molNH₃（g）的反應(yīng)熱為508kJ/mol-600kJ/mol=-92kJ/mol，
所以合成氨的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-92kJ/mol，催化劑能降低反應(yīng)的活化能，b活化能較低，所以b表示加入鐵觸媒的能量變化曲線；
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92 kJ•mol^-1；b；
（2）A．該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，2v（H₂）_正=3v（NH₃）_逆，故A錯(cuò)誤；
B．單位時(shí)間內(nèi)生成n mol N₂的同時(shí)生成2n molNH₃，分別表示正逆反應(yīng)速率，而且正逆速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．無論該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度始終不變，所以不能判斷該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小的可逆反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間的變化而變化，所以能判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
E．?dāng)嚅_一個(gè)氮氮鍵，表示正反應(yīng)速率，形成3個(gè)氫氫鍵表示逆反應(yīng)速率，而且正逆反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)比，所以反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故E正確；
F．參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度之比與反應(yīng)物的初始濃度和轉(zhuǎn)化率有關(guān)，所以C（N₂）：C（H₂）：C（NH₃）=1：3：2，不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故F錯(cuò)誤；
故答案為：BDE；
（3）達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)$\frac{1}{9}$，設(shè)反應(yīng)中轉(zhuǎn)化的xmol氮?dú)猓?br />                      N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol） 1              3                0
變化量（mol） x              3x               2x
平衡量（mol） 1-x          3-3x             2x
則$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$=$\frac{1}{9}$，解得x=0.2，
v（N₂）=$\frac{△c（{N}_{2}）}{t}$=$\frac{\frac{0.2mol}{2L}}{0.5min}$=0.2mol/（L•min）；
k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.4mol}{2L}）^{2}}{\frac{0.8mol}{2L}×（\frac{2.4mol}{2L}）^{3}}$=$\frac{25}{432}$；
研究該反應(yīng)在溫度為378～398K時(shí)的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物配比等因素對(duì)其產(chǎn)率的影響，由控制變量法可知，
實(shí)驗(yàn)①和③，溫度相同，反應(yīng)時(shí)間相同，應(yīng)研究反應(yīng)物配比對(duì)氧化鎂產(chǎn)率的影響，③中反應(yīng)物配比應(yīng)為4：1；
實(shí)驗(yàn)②和④，反應(yīng)時(shí)間相同，反應(yīng)物配比相同，溫度不同，應(yīng)是探究溫度對(duì)產(chǎn)率的影響；
實(shí)驗(yàn)②和③，溫度相同、反應(yīng)物配比相同，反應(yīng)時(shí)間不同，探究反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響．
故答案為：0.2mol/（L•min）；$\frac{25}{432}$；4：1；溫度對(duì)產(chǎn)率的影響；③；
（4）以N₂、H₂為原料，以HCl-NH₄Cl為電解質(zhì)溶液構(gòu)成新型燃料電池，正極發(fā)生還原反應(yīng)，即氮?dú)獗贿�原生成NH₄⁺，電極反應(yīng)式為N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺，
故答案為：N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、探究反應(yīng)速率的影響因素、原電池等知識(shí)，題目難度中等，注意把握三段式在化學(xué)平衡計(jì)算中的應(yīng)用方法，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力．