Question

10．利用N₂和H₂可以實(shí)現(xiàn)NH₃的工業(yè)合成，而氨又可以進(jìn)一步制備硝酸，在工業(yè)上一般可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
若有17g 氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮?dú)怏w和水蒸氣所放出的熱量為226.3kJ．
（2）某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對(duì)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）反應(yīng)的影響．
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示：（圖中T表示溫度，n表示物質(zhì)的量）

①圖象中T₂和T₁的關(guān)系是：T₂低于T₁（填“高于”、“低于”、“等于”“無(wú)法確定”）
②比較在a、b、c三點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N₂的轉(zhuǎn)化率最高的是c（填字母）．
③在起始體系中加入N₂的物質(zhì)的量為$\frac{n}{3}$mol時(shí)，反應(yīng)后氨的百分含量最大；  若容器容積為1L，n=3mol反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率為60%，則此條件下（T₂），反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.08．
（3）N₂O₅是一種新型硝化劑，其性質(zhì)和制備受到人們的關(guān)注．
①一定溫度下，在恒容密閉容器中N₂O₅可發(fā)生下列反應(yīng)：
2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g）△H＞0下表為反應(yīng)在T₁溫度下的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

t/s	0	500	1000
c（N2O5）/mol•L-1	5.00	3.52	2.48

則500s內(nèi)NO₂的平均生成速率為0.00592 mol•（L^-1•s^-1 ）．
②現(xiàn)以H₂、O₂、熔融鹽Na₂CO₃組成的燃料電池，采用電解法制備N₂O₅，裝置如圖2所示，其中Y為CO₂．
寫出石墨I(xiàn)電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O．
在電解池中生成N₂O₅的電極反應(yīng)式為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）由已知熱化學(xué)方程式根據(jù)蓋斯定律構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，然后再求熱量Q；
（2）①根據(jù)溫度升高化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行；
②根據(jù)增加氫氣的物質(zhì)的量化學(xué)平衡向著正反應(yīng)方向移動(dòng)；
③根據(jù)反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比為等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)，達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)生成物的百分含量最大；根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)是反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大、生成物的產(chǎn)率最大來(lái)回答；先求出各自的平衡濃度，然后根據(jù)平衡常數(shù)的概念來(lái)回答；
（3）①500s，c（N₂O₅）變化量為5.00-3.52=1.48mol/L，結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算，由速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比求算即可；
②燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極上燃料失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水；先根據(jù)化合價(jià)判斷生成N₂O₅的電極，N₂O₅中氮元素的化合價(jià)是+5價(jià)，而硝酸中氮元素也是+5價(jià)．因此應(yīng)該在左側(cè)生成N₂O₅，即在陽(yáng)極區(qū)域生成，再根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式；

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
由蓋斯定律可知，①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol，
17g 氨氣的物質(zhì)的量為：$\frac{17g}{17g/mol}$=1mol，放出的熱量Q=1×$\frac{905.0KJ}{4}$=226.3kJ，
故答案為：226.3kJ；
（2）①反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行，從T₁到T₂反應(yīng)物氮?dú)獾牧吭黾�，故T₁＜T₂，
故答案為：低于；
②b點(diǎn)代表平衡狀態(tài)，c點(diǎn)又加入了氫氣，故平衡向右移動(dòng)，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率增大，
故答案為：c；
③當(dāng)?shù)獨(dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量之比為1：3時(shí)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)氨的百分含量最大，平衡點(diǎn)時(shí)產(chǎn)物的產(chǎn)率最大，據(jù)圖示，當(dāng)平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為n，故加入N₂的物質(zhì)的量為$\frac{n}{3}$，當(dāng)n=3mol反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率為60%，故起始氮?dú)鉂舛葹?，mol/l，變化的氫氣濃度為1.8mol/l，變化的氮?dú)鉂舛葹?.6mol/l，平衡時(shí)氮?dú)�、氫氣、氨氣的濃度分別是0.4mol/l、1.2mol/l、1.2mol/l，據(jù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（{N}_{2}）}$=$\frac{（1.2mol/L）^{2}}{（0.4mol/L）×（1.2mol/L）^{3}}$=2.08 （mol/l）^-2，
故答案為：$\frac{n}{3}$；2.08；
（3）①500s，c（N₂O₅）變化量為5.00-3.52=1.48mol/L，則v（N₂O₅）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.48mol/L}{500s}$=0.00296mol•L^-1•s^-1，由速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可知，v（NO₂）=0.00296mol•L^-1•s^-1×2=0.00592 mol•（L^-1•s^-1），
故答案為：0.00592 mol•（L^-1•s^-1）；
②燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；
N₂O₅中氮元素的化合價(jià)是+5價(jià)，而硝酸中氮元素也是+5價(jià)．因此應(yīng)該在左側(cè)生成N₂O₅，即在陽(yáng)極區(qū)域生成，據(jù)電極反應(yīng)離子放電順序可知：陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑的反應(yīng)，則陽(yáng)極為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案為：H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律、外界條件對(duì)反應(yīng)速率和平衡的影響、平衡的判斷等，題目難度中等，注重高考常考點(diǎn)的考查，注意圖象和表格中數(shù)據(jù)的分析．