Question

11．圖甲是一定的溫度和壓強(qiáng)下N ₂和 H₂反應(yīng)生成 1mol NH₃過程中能量變化示意圖，請寫出工業(yè)合成氨的熱 化學(xué)方程式（△H 的數(shù)值用含字母 Q₁、Q₂ 的代數(shù)式表示）：N₂ （g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=2（Q₂-Q₁） kJ•mol^-1．

（1）根據(jù)最新“人工固氮”的研究報道，在常溫、常壓、光照條件下，N₂ 在催化劑（摻有少量 Fe₂O₃ 的 TiO₂）表面與水發(fā)生下列反應(yīng)，
已知：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol¹，
則 2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=-1530kJ•mol^-1；
（2）飲用水中的 NO₃^-主要來自于 NH₄⁺．已知在微生物的作用下，NH₄⁺經(jīng)過兩步反應(yīng)被氧化成 NO₃^-．兩步反應(yīng)的能量變化示意圖如圖乙：1molNH₄⁺全部被氧化成 NO₃^-的熱化學(xué)方程式為NH₄⁺ （aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^- （aq）+H₂O（l）△H=-346 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 由圖甲可知，N₂和H₂反應(yīng)生成1molNH₃放出的熱量為（Q₂-Q₁）kJ，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
（1）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol¹，
根據(jù)蓋斯定律，可知①×2-②×3可得：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計算；
（2）由圖可知，第一步熱化學(xué)反應(yīng)為：NH₄⁺ （aq）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273kJ•mol^-1，第二步熱化學(xué)反應(yīng)為：NO₂^- （aq）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=NO₃^- （aq））△H=-73kJ•mol^-1，利用蓋斯定律可計算1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^- （aq）的熱化學(xué)方程式．

解答 解：由圖甲可知，N₂和H₂反應(yīng)生成1molNH₃放出的熱量為（Q₂-Q₁）kJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（Q₂-Q₁）kJ•mol^-1，
故答案為：N₂ （g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=2（Q₂-Q₁） kJ•mol^-1；
（1）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol¹，
根據(jù)蓋斯定律，可知①×2-②×3可得：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），故△H=2×（-92.4kJ•mol^-1）-3×（-571.6kJ•mol^-1）=-1530kJ•mol^-1，
故答案為：-1530kJ•mol^-1；
（3）由圖可知，第一步熱化學(xué)反應(yīng)為：NH₄⁺ （aq）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₂^- （aq）+H₂O（l）△H=-273kJ•mol^-1 ①，
第二步熱化學(xué)反應(yīng)為：NO₂^- （aq）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=NO₃^- （aq））△H=-73kJ•mol^-1 ②，
由蓋斯定律可知①+②得1mol NH₄⁺（aq）全部氧化成NO₃^- （aq）的熱化學(xué)方程式為：NH₄⁺ （aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^- （aq）+H₂O（l）△H=-346 kJ•mol^-1，
故答案為：NH₄⁺ （aq）+2O₂（g）=2H⁺（aq）+NO₃^- （aq）+H₂O（l）△H=-346 kJ•mol^-1．

點評 本題考查蓋斯定律應(yīng)用，涉及熱化學(xué)方程式書寫、反應(yīng)熱有關(guān)計算等，難度不大，注意對蓋斯定律的理解．