Question

14．氨在國民經(jīng)濟中占有重要地位．
I．合成氨工業(yè)中，初始時氮氣、氫氣的體枳比為1：3時，每反應(yīng)1mol N₂，放出92.2kJ熱量．
（1）工業(yè)合成氨的熱化學(xué)方程式是N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol．
（2）如圖為合成氨反應(yīng)在不同溫度和壓強、使用相同催化劑條件下，平衡混合物中氨的體積分數(shù)．
①由圖可知：p₁、p₂、p₃的大小關(guān)系為p₁＞p₂＞p₃，理由是壓強越大平衡越向正向移動，平衡混合物中氨的體積分數(shù)越大．
②A、B點生成氨氣的速率大小關(guān)系為v_A＜v_B．B、C點，合成氨反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_B=Kc，C點，N₂的轉(zhuǎn)化率為66.7%．
③下列關(guān)于合成氨的說法正確是BD（填序號）．
A．斷開1個N=N鍵的同時有6個N-H鍵形成，反應(yīng)一定達到平衡狀態(tài)
B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變狀態(tài)，反應(yīng)一定達到平衡狀態(tài)
C．由于△H＜0、△S＞0，故合成氨反應(yīng)一定能自發(fā)進行
D．增大n（N₂）：n（H₂）的比值，有利用提離H₂的轉(zhuǎn)化率
II．最近美國Simons等科學(xué)家發(fā)明了不必使氨先裂化為氫就可直接用于染料電池的方法．其電池反應(yīng)為4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，你認為電解質(zhì)溶液應(yīng)顯堿性（填“酸性”“中性”或“堿性”），寫出負極的電極反應(yīng)式：2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O．若電池產(chǎn)生的電流為1A，反應(yīng)時間為1小時，氨氣的轉(zhuǎn)化率為80%，則最低需要3600/（1.6×10^-19N_A×3×80%）mol氨氣（列出計算式即可，已知一個電子的電量是1.6×10^-19C）．

Answer 1

分析 I．（1）根據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫規(guī)則再寫出熱化學(xué)方程式；
（2）①合成氨反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，則壓強越大平衡越向正向移動，平衡混合物中氨的體積分數(shù)越大，據(jù)此分析；
②根據(jù)溫度越高，反應(yīng)速率越快分析；化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；由圖象知C點氨氣的體積分數(shù)為50%結(jié)合三組量法計算氮氣的轉(zhuǎn)化率；
③A．斷開1個N≡N鍵的同時有6個N-H鍵形成，均表示正反應(yīng)速率；
B．混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為不停變化的；
C．根據(jù)△G=△H-T△S＜0能自發(fā)進行判斷；
D．增大n（N₂）：n（H₂）的比值，相當于增大氮氣濃度；
II．氨氣為堿性氣體，易與酸反應(yīng)，應(yīng)用堿性電解質(zhì)，負極發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）每反應(yīng)1mol N₂，放出92.2kJ熱量，則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；
（3）①合成氨反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，則壓強越大平衡越向正向移動，平衡混合物中氨的體積分數(shù)越大，所以p₁、p₂、p₃的大小關(guān)系為p₁＞p₂＞p₃，故答案為：p₁＞p₂＞p₃；壓強越大平衡越向正向移動，平衡混合物中氨的體積分數(shù)越大；
②溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以A、B點生成氨氣的速率大小關(guān)系為v_A＜v_B；化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，B、C點溫度相同，則化學(xué)平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_B=Kc；由圖象知C點氨氣的體積分數(shù)為50%，則
       N₂+3H₂?2NH₃
開始    1   3    0
轉(zhuǎn)化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x
所以$\frac{2x}{4-2x}$=50%，解得x=$\frac{2}{3}$，則氫氣的轉(zhuǎn)化率為$\frac{3×\frac{2}{3}}{3}$×100%=66.7%，故答案為：v_A＜v_B；K_B=Kc；66.7%；
③A．斷開1個N≡N鍵的同時有6個N-H鍵形成，均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)不一定達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變狀態(tài)，反應(yīng)一定達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．由于△H＜0、△S＜0，根據(jù)△G=△H-T△S可知合成氨反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進行，故C錯誤；
D．增大n（N₂）：n（H₂）的比值，相當于增大氮氣濃度，有利用提離H₂的轉(zhuǎn)化率，故D正確；
故選：BD；
II．氨氣為堿性氣體，易與酸反應(yīng)，所以電解質(zhì)溶液應(yīng)呈堿性，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣被氧化生產(chǎn)氮氣，電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；設(shè)消耗氨氣是xmol，則3x×80%×N_A=3600/1.6×10^-19，解得x=3600/（1.6×10^-19N_A×3×80%）．
故答案為：堿性；2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O；3600/（1.6×10^-19N_A×3×80%）．

點評 本題考查化學(xué)平衡、電化學(xué)等知識，題目難度中等，把握電極反應(yīng)式的書寫，注重學(xué)生能力的訓(xùn)練，把握圖象及數(shù)據(jù)處理即可解答．