Question

17．合成氨是基本無(wú)機(jī)化工，氨是化肥工業(yè)和有機(jī)化工的主要原料，也是一種常用的制冷劑．
（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂           
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
則4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=3△H₃-2△H₁-2△H₂（用△H₁、△H₂、△H₃表達(dá)）
（2）圖Ⅰ是合成氨反應(yīng)的能量與反應(yīng)過(guò)程相關(guān)圖（未使用催化劑）；圖Ⅱ是合成氨反應(yīng)在2L容器中、相同投料情況下、其它條件都不變時(shí)，某一反應(yīng)條件的改變對(duì)反應(yīng)的影響圖．

①下列說(shuō)法正確的是AE．
A．△H=-92.4kJ•mol^-1        
B．使用催化劑會(huì)使E₁的數(shù)值增大
C．為了提高轉(zhuǎn)化率，工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)的溫度越低越好
D．圖Ⅱ是不同壓強(qiáng)下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖，且P_A＜P_B
E．該反應(yīng)的平衡常數(shù)K_A＜K_B
F．在曲線A條件下，反應(yīng)從開(kāi)始到平衡，消耗N₂的平均速率為n₁/4t₁mol•L^-1•min^-1
②下列能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是C
A．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2    B．v_正（N₂）=v_逆（H₂）
C．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變                    D．混合氣體的密度保持不變
（3）合成氨技術(shù)的創(chuàng)立開(kāi)辟了人工固氮的重要途徑，合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K值和溫度的關(guān)系如表：

溫度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

①理論上，為了增大平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是增大壓強(qiáng)、適當(dāng)增大氮?dú)浔取⒓皶r(shí)分離出產(chǎn)物中的NH₃（要求答出兩點(diǎn)）．
②400°C時(shí)，測(cè)得某時(shí)刻氨氣、氮?dú)�、氫氣的物質(zhì)的量濃度分別為3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1時(shí)，此時(shí)刻該反應(yīng)的v_正（N₂）＜v_逆（N₂）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）常溫下向25mL0.1mol/LNH₃•H₂O 溶液中，逐滴加入0.2mol/L的HN₃溶液，溶液的pH變化曲線如圖Ⅲ所示．A、B、C、D 四個(gè)點(diǎn)中，水的電離程度最大的是B；D點(diǎn)時(shí)溶液中各離子濃度大小順序?yàn)閏（N₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（5）有人設(shè)想尋求合適的催化劑和電極材料，以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池．試寫出該電池的正極反應(yīng)式N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
根據(jù)蓋斯定律：③×3-①×2-②×2可得：4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）；
（2）①①A．反應(yīng)焓變△H=312.4KJ/mol-404.8KJ/mol=-92.4kJ/mol；
B．使用催化劑降低反應(yīng)的活化能；
C．溫度越低平衡正向進(jìn)行，工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)速率慢，生成效率和經(jīng)濟(jì)效益低；
D．由先拐先平壓強(qiáng)大，則壓強(qiáng)p_A＞p_B ，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，氨氣物質(zhì)的量增大；
E．平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
F．根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（NH₃），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（N₂）；
②可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
①為了增大平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動(dòng)；
②計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行；
（4）開(kāi)始為氨水溶液，抑制水的電離，B點(diǎn)加入HN₃溶液體積為12.5mL，恰好反應(yīng)得到NH₄N₃溶液，溶液顯堿性，說(shuō)明HN₃為弱酸，而再加入HN₃溶液，又抑制水的電離，故恰好反應(yīng)時(shí)水的電離程度最大；
D點(diǎn)加入25mL HN₃溶液，此時(shí)為等濃度的NH₄N₃、HN₃混合溶液，溶液呈酸性，說(shuō)明NH₄⁺離子水解程度大于的N₃^-水解程度；
（5）原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，氮?dú)庠谡龢O獲得電子，與電解質(zhì)反應(yīng)中氫離子結(jié)合為銨根離子．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
根據(jù)蓋斯定律：③×3-①×2-②×2可得：4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g），則：
3△H₃-2△H₁-2△H₂，
故答案為：3△H₃-2△H₁-2△H₂；
（2）①A．由圖可知，反應(yīng)焓變△H=312.4KJ/mol-404.8KJ/mol=-92.4kJ/mol，故A正確；
B．使用催化劑改變反應(yīng)途徑，降低反應(yīng)的活化能E₁，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越低平衡正向進(jìn)行，提高原料利用率，但溫度過(guò)低，反應(yīng)速率減慢，生成效率和經(jīng)濟(jì)效益低，故C錯(cuò)誤；
D．由先拐先平壓強(qiáng)大，則壓強(qiáng)p_A＞p_B ，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，氨氣物質(zhì)的量增大，圖象中壓強(qiáng)越大，氨氣物質(zhì)的量越小，不符合實(shí)際，故D錯(cuò)誤；
E．圖Ⅱ是不同壓強(qiáng)下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖，溫度不變，則平衡常數(shù)不變，即K_A=K_B
，故E錯(cuò)誤；
F．v（NH₃）=$\frac{\frac{{n}_{1}mol}{2L}}{{t}_{1}min}$=$\frac{{n}_{1}}{2{t}_{1}}$mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（NH₃）=$\frac{{n}_{1}}{4{t}_{1}}$mol/（L．min），故F正確，
故選：AF；
②A．平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度關(guān)系與起始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，不一定等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故A錯(cuò)誤；
B．應(yīng)是3v_正（N₂）=v_逆（H₂）時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡，故B錯(cuò)誤；
C．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下壓強(qiáng)減小，當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變時(shí)，反應(yīng)到達(dá)平衡，故C正確；
D．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體的密度為定值，故D錯(cuò)誤，
故選：C；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
①正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，為了增大平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率，可以增大壓強(qiáng)、適當(dāng)增大氮?dú)浔�、及時(shí)分離出產(chǎn)物中的NH₃，
故答案為：增大壓強(qiáng)、適當(dāng)增大氮?dú)浔�、及時(shí)分離出產(chǎn)物中的NH₃；
②此時(shí)濃度商Qc=$\frac{{3}^{2}}{2×{1}^{3}}$=4.5＞K=0.5，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，則v_正（N₂）＜v_逆（N₂），
故答案為：＜；
（4）開(kāi)始為氨水溶液，抑制水的電離，B點(diǎn)加入HN₃溶液體積為12.5mL，恰好反應(yīng)得到NH₄N₃溶液，溶液顯堿性，說(shuō)明HN₃為弱酸，而再加入HN₃溶液，又抑制水的電離，故恰好反應(yīng)的B點(diǎn)的水的電離程度最大；
D點(diǎn)加入25mL HN₃溶液，此時(shí)為等濃度的NH₄N₃、HN₃混合溶液，溶液呈酸性，說(shuō)明NH₄⁺離子水解程度大于的N₃^-水解程度，反應(yīng)中離子濃度大�。篶（N₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案為：B；c（N₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（5）原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，氮?dú)庠谡龢O獲得電子，與電解質(zhì)反應(yīng)中氫離子結(jié)合為銨根離子，正極電極反應(yīng)式為：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)應(yīng)用、化學(xué)平衡圖象、蓋斯定律應(yīng)用、離子濃度大小比較、原電池等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，題目難度中等．