Question

2．氨是一種重要的化工產(chǎn)品，是氮肥工業(yè)、有機(jī)合成工業(yè)以及制造硝酸、銨鹽和純堿等的原料．
（1）以氨為燃料可以設(shè)計(jì)制造氨燃料電池，因產(chǎn)物無污染，在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用．若電極材料均為惰性電極，KOH溶液作電解質(zhì)溶液，則該電池負(fù)極電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．
（2）在一定溫度下，在固定體積的密閉容器中進(jìn)行可逆反應(yīng)：N₂+3H₂?2NH₃．該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是BCE．
A．3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆
B．單位時(shí)間生成m mol N₂的同時(shí)消耗3m mol H₂
C．容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不再隨時(shí)間而變化
D．混合氣體的密度不再隨時(shí)間變化
E．a(chǎn) molN≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6amolN-H鍵斷裂
F．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2
（3）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成氨的反應(yīng)．在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molN₂和3molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計(jì)）后在一定溫度壓強(qiáng)下開始反應(yīng)，并用壓力計(jì)監(jiān)測容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25	30
壓強(qiáng)/MPa	16.80	14.78	13.86	13.27	12.85	12.60	12.60

則從反應(yīng)開始到25min時(shí)，以N₂表示的平均反應(yīng)速率=0.01mol/（L．min）；該溫度下平衡常數(shù)K=2.37（mol/L）^-2；（要寫K的單位）
（4）以CO₂與NH₃為原料合成尿素[化學(xué)式為CO（NH₂）₂]的主要反應(yīng)如下，已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ•mol^-1
③H₂O（1）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
寫出CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0kJ•mol^-1；
對于上述反應(yīng)②在密閉容器中將過量NH₂CO₂NH₄固體于400K下分解，平衡時(shí)體系壓強(qiáng)為a Pa，若反應(yīng)溫度不變，將體系的體積增加50%，則體系的壓強(qiáng)是a Pa（用含a的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）堿性燃料電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)注意電解質(zhì)溶液是否參與反應(yīng)；
（2）當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的質(zhì)量、百分含量及濃度不變，對反應(yīng)前后氣體體積不相等反應(yīng)壓強(qiáng)不變，對恒容條件全氣體反應(yīng)密度不變，據(jù)此判斷；
（3）同一溫度下，容器中氣體壓強(qiáng)與總的物質(zhì)的量成正比，根據(jù)壓強(qiáng)計(jì)算平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算氮?dú)獾钠骄�反�?yīng)速率；根據(jù)平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度計(jì)算其平衡常數(shù)；
（4）根據(jù)蓋斯定律書寫其熱化學(xué)反應(yīng)方程式；增大體積，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，可逆反應(yīng)向氣體體積增大的方向移動(dòng)，根據(jù)平衡常數(shù)不變進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）堿性燃料電池中，負(fù)極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該原電池中負(fù)極上氨氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（2）A．2v（H₂）_正=3v（NH₃）_逆時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，所以3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆時(shí)該反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
B．單位時(shí)間生成m mol N₂的同時(shí)消耗3m mol H₂，正逆反應(yīng)速率相等，所以該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
C．對反應(yīng)前后氣體體積不相等反應(yīng)，容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不再隨時(shí)間而變化，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度不變，所以達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
D．無論該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度不隨時(shí)間變化，所以密度不能作為判斷依據(jù)，故錯(cuò)誤；
E．a(chǎn) molN≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6amolN-H鍵斷裂，正逆反應(yīng)速率相等，所以該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
F．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2時(shí)該反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，與反應(yīng)物的初始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故錯(cuò)誤；
故選BCE；
（3）同一溫度下，容器中氣體壓強(qiáng)與總的物質(zhì)的量成正比，設(shè)平衡狀態(tài)時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為x，
16.80：12.60=（1+3）mol：x，x=$\frac{4mol×12.60}{16.80}$=3mol，所以平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為3mol，
設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為y，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）物質(zhì)的量減少
1mol                        2mol
y                         （4-3）mol
1mol：2mol=y：（4-3）mol，
y=$\frac{1mol×（4-3）mol}{2mol}$=0.5mol，
則從反應(yīng)開始到25min時(shí)，以N₂表示的平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{25min}$=0.01mol/（L．min），
平衡時(shí)，c（N₂）=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L、c（H₂）=$\frac{3mol-3×0.5mol}{2L}$=0.75mol/L、c（NH₃）=$\frac{0.5mol×2}{2L}$=0.5mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.5×0.5}{0.25×（0.75）^{3}}$（ mol/L）^-2=2.37（ mol/L）^-2，
故答案為：0.01 mol/（L．min）；2.37（ mol/L）^-2；
（4）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ•mol^-1
③H₂O（1）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
據(jù)蓋斯定律將方程式①+②-③得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ•mol^-1，
增大容器容積時(shí)，假設(shè)平衡不移動(dòng)，壓強(qiáng)與體積成反比，將體系的體積增加50%，所以其壓強(qiáng)為原來的$\frac{2}{3}$，實(shí)際上增大容器容積，壓強(qiáng)減小，平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，可知達(dá)平衡時(shí)水蒸氣濃度不變，所以壓強(qiáng)仍為aPa，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ•mol^-1_；a．

點(diǎn)評 本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡計(jì)算、平衡判斷、原電池原理等知識點(diǎn)，側(cè)重考查知識運(yùn)用能力，化學(xué)平衡判斷時(shí)只有“反應(yīng)前后改變的物理量”才能作為判斷依據(jù)，難點(diǎn)是（4）題第二空，注意反應(yīng)方程式②的特點(diǎn)，題目難度中等．