Question

2．（1）工業(yè)合成氨時(shí)，合成塔中每產(chǎn)生1molNH₃，放出46.1kJ的熱量．
某小組研究在500℃下該反應(yīng)過程中的能量變化．他們分別在體積均為VL的兩個(gè)恒溫恒容密閉容器中加入一定量的反應(yīng)物，使其在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)．相關(guān)數(shù)據(jù)如表：

容器	起始時(shí)各物質(zhì)物質(zhì)的量/mol			達(dá)到平衡的時(shí)間	達(dá)平衡時(shí)體系能量的變化/kJ
	N2	H2	NH3
a	1	4	0	t1 min	放出熱量：36.88kJ
b	2	8	0	t2 min	放出熱量：Q

①容器a中，0～t₁時(shí)間的平均反應(yīng)速率為υ（H₂）=$\frac{1.2}{{V{t_1}}}$mol•L^-1•min^-1．
②下列敘述正確的是AD（填字母序號）．
A．容器b中反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，Q＞73.76kJ
B．平衡時(shí)，兩容器中H₂的體積分?jǐn)?shù)相等
C．反應(yīng)開始時(shí)，兩容器中反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率相等
D．平衡時(shí)，容器中N₂的轉(zhuǎn)化率：a＜b
（2）以氨為原料，合成尿素的反應(yīng)原理為：
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H=a kJ•mol^-1．
為研究平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)物投料比[$\frac{n（CO₂）}{n（NH₃）}$]及溫度的關(guān)系，研究小組在10 L恒容密閉容器中進(jìn)行模擬反應(yīng)．（如圖1，Ⅰ、Ⅱ曲線分別表示在不同投料比時(shí)，CO₂的轉(zhuǎn)化率與溫度之間的關(guān)系）．

①a＜0 （填“＞”或“＜”）．
②若n（CO₂）_起始=10 mol，曲線Ⅱ的投料比為0.4，在100℃條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)平衡至A點(diǎn)，則A點(diǎn)與起始壓強(qiáng)比為5：7．
③A點(diǎn)平衡常數(shù)與B點(diǎn)平衡常數(shù)間的關(guān)系：K_A= K_B （填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）利用氨氣與空氣催化氧化法制取聯(lián)氨N₂H₄．如圖2是由“聯(lián)氨-空氣”形成的綠色燃料電池，以石墨為電極的電池工作原理示意圖，b電極為正極（填“正”或“負(fù)”），寫出該電池工作時(shí)a電極的電極反應(yīng)式N₂H₄-4e^-=N₂+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）①工業(yè)合成氨時(shí)，合成塔中每產(chǎn)生1molNH₃，放出46.1kJ的熱量，0～t₁時(shí)間達(dá)到平衡狀態(tài)，放出熱量：36.88kJ，則生成氨氣物質(zhì)的量=$\frac{36.88KJ×1mol}{46.1KJ}$=0.8mol，N₂+3H₂=2NH₃，消耗氫氣物質(zhì)的量=$\frac{3×0.8mol}{2}$=1.2mol，容器a中，0～t₁時(shí)間的平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$；
②A．容器b中起始量為a中一倍，反應(yīng)焓變增大一倍，相當(dāng)于a中平衡壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行；
B．A分析可知平衡正向進(jìn)行，平衡時(shí)b中氫氣體積分?jǐn)?shù)減�。�
C．反應(yīng)開始時(shí)，起始量濃度不同，兩容器中反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率不相等；
D．平衡時(shí)，A分析可知b中相當(dāng)于在a基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行；
（2）①由圖可知，投料比相同時(shí)，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，說明平衡向逆方向移動(dòng)正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)；
②根據(jù)A點(diǎn)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率計(jì)算出平衡時(shí)體系中氣體總物質(zhì)的量，利用物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比解答；
③溫度相同，平衡常數(shù)相同；
（3）燃料電池中燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）①工業(yè)合成氨時(shí)，合成塔中每產(chǎn)生1molNH₃，放出46.1kJ的熱量，0～t₁時(shí)間達(dá)到平衡狀態(tài)，放出熱量：36.88kJ，則生成氨氣物質(zhì)的量=$\frac{36.88KJ×1mol}{46.1KJ}$=0.8mol，N₂+3H₂=2NH₃，消耗氫氣物質(zhì)的量=$\frac{3×0.8mol}{2}$=1.2mol，容器a中，0～t₁時(shí)間的平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{1.2mol}{VL}}{{t}_{1}min}$=$\frac{1.2}{{V{t_1}}}$mol•L^-1•min^-1，
故答案為：$\frac{1.2}{{V{t_1}}}$mol•L^-1•min^-1； 
②A．容器b中起始量為a中一倍，反應(yīng)焓變增大一倍，相當(dāng)于a中平衡壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行，放熱增大，Q＞73.76kJ，故A正確；
B．A分析可知平衡正向進(jìn)行，平衡時(shí)b中氫氣體積分?jǐn)?shù)減小，兩容器中H₂的體積分?jǐn)?shù)不相等，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)開始時(shí)，起始量濃度不同，兩容器中反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率不相等，故C錯(cuò)誤；
D．平衡時(shí)，A分析可知b中相當(dāng)于在a基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，容器中N₂的轉(zhuǎn)化率：a＜b，故D正確；
故答案為：AD；
（2）①由圖可知，投料比相同時(shí)，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，說明平衡向逆方向移動(dòng)，逆方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，△H＜0，則a＜0，
故答案為：＜；
②若n（CO₂）起始=10mol，曲線Ⅱ的投料比為0.4，則n（NH₃）=$\frac{10mol}{0.4}$=25mol，達(dá)到平衡A點(diǎn)時(shí)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，則有三行式：
                         2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol）：25               10                 0          0
改變量：（mol）10                5                 5            5
平衡量：（mol）15               5                 5            5
則平衡時(shí)氣體總物質(zhì)的量為25mol，起始?xì)怏w總物質(zhì)的量為35mol，則A點(diǎn)與起始壓強(qiáng)比=物質(zhì)的量之比，即$\frac{25mol}{35mol}$=$\frac{5}{7}$，
故答案為：5：7；
 ③A點(diǎn)和B點(diǎn)的溫度相同，所以平衡常數(shù)相同，：K_A=K_B，
故答案為：=；
（3）聯(lián)氨-空氣”形成的綠色燃料電池，以石墨為電極的電池工作原理示意圖，b電極為正極，a電極為負(fù)極，a電極上是聯(lián)氨失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電解質(zhì)環(huán)境為酸性，電極反應(yīng) N₂H₄-4e^-=N₂+4H⁺，
故答案為：正；    N₂H₄-4e^-=N₂+4H⁺．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、原電池原理等知識，綜合性較強(qiáng)，需要扎實(shí)的基礎(chǔ)知識和靈活解決問題的能力，注意三段式解題法的運(yùn)用，題目難度中等．