Question

【題目】1905年哈珀開發(fā)實(shí)現(xiàn)了以氮?dú)夂蜌錃鉃樵�料合成氨氣，生產(chǎn)的氨制造氮肥服務(wù)于農(nóng)業(yè)，養(yǎng)活了地球三分之一的人口，哈珀也因此獲得了1918年的諾貝爾化學(xué)獎。一百多年 過去了，對合成氨的研究依然沒有止步。

(1)工業(yè)合成氨的反應(yīng)如下：N2+3H2[Failed to download image : http://192.168.0.10:8086/QBM/2019/7/13/2245969899560960/2261668607328257/STEM/18355b169b6e4ed78e62319f34325284.png]2NH3。已知斷裂1molN2中的共價鍵吸收的能量為946kJ，斷裂1molH2中的共價鍵吸收的能量為436kJ，形成1molN-H鍵放出的能量為391kJ，則由N2和H2生成2molNH3 的能量變化為__________kJ。 下圖能正確表示該反應(yīng)中能量變化的是__________（填“A”或“B”）。

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(2)反應(yīng)2NH3(g)[Failed to download image : http://192.168.0.10:8086/QBM/2019/7/13/2245969899560960/2261668607328257/STEM/18355b169b6e4ed78e62319f34325284.png] N2(g)+3H2(g)在三種不同條件下進(jìn)行，N2、H2的起始濃度為 0，反應(yīng)物 NH3的濃度(mol/L)隨時間(min)的變化情況如下表所示。

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根據(jù)上述數(shù)據(jù)回答：實(shí)驗(yàn)①②中，有一個實(shí)驗(yàn)使用了催化劑，它是實(shí)驗(yàn)_____(填序號）；實(shí)驗(yàn)③達(dá)平衡時NH3的轉(zhuǎn)化率為___________。在恒溫恒容條件下，判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是_________（填序號）。

a. NH3的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率 b.混合氣體的密度不變

c.混合氣體的壓強(qiáng)不變 d.c(NH3)=c(H2)

(3)近日美國猶他大學(xué) Minteer教授成功構(gòu)筑了H2—N2生物燃料電池。該電池類似燃料電池原理，以氮?dú)夂蜌錃鉃樵�料、氫化酶和固氮酶為兩極催化劑、質(zhì)子交換膜(能夠傳遞H+)為隔膜，在室溫條件下即實(shí)現(xiàn)了氨的合成同時還能提供電能。則A電極為_____極（填“正”、“負(fù)”），B電極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_______，該電池放電時溶液中的H+向___極移動（填“A”、“B”）。

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Answer 1

【答案】92 A ② 80% ac 負(fù) N2+6e-+6H+=2NH3 B

【解析】

(1)反應(yīng)熱為斷鍵吸收的能量與成鍵放出的能量差，據(jù)此解答；

(2)根據(jù)催化劑可以加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡所需要的時間分析；

物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率等于轉(zhuǎn)化率與起始加入量的比；

根據(jù)反應(yīng)達(dá)到平衡時，任何物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)速率不變，物質(zhì)的含量不變判斷；

(3)根據(jù)在原電池反應(yīng)中，負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合電解質(zhì)溶液中同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則分析。

(1) Q=946kJ+436kJ×3-391kJ×6=-92kJ，說明該反應(yīng)發(fā)生放出92kJ能量，反應(yīng)物的能量比生成物的能量高，因此合理選項(xiàng)是A；

(2)實(shí)驗(yàn)①、②開始加入量相同，一個使用了催化劑。由于催化劑可以加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡所需要的時間，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知實(shí)驗(yàn)②先達(dá)到平衡，所以實(shí)驗(yàn)②是使用了催化劑的情況。

實(shí)驗(yàn)③反應(yīng)開始時NH3的物質(zhì)的量是1mol，達(dá)平衡時NH3的物質(zhì)的量是0.2mol，反應(yīng)了0.8mol，所以NH3的平衡轉(zhuǎn)化率為(0.8mol÷1mol)×100%=80%；

a.NH3的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，則氨氣的物質(zhì)的量不變，其物質(zhì)的量濃度不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，a合理；

b.由于容器的容積不變，反應(yīng)混合物都是氣體，在任何情況下混合氣體的密度都保持不變，因此不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，b錯誤；

c.反應(yīng)是前后氣體體積不等的反應(yīng)，若未達(dá)到平衡，則容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)會發(fā)生變化，現(xiàn)在混合氣體的壓強(qiáng)不變，則反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，c正確；

d.c(NH3)=c(H2)，反應(yīng)可能處于平衡狀態(tài)，也可能未處于平衡狀態(tài)，這與反應(yīng)條件有關(guān)，d錯誤；

故合理選項(xiàng)是ac；

(3)根據(jù)燃料電池實(shí)現(xiàn)反應(yīng)N2+3H2=2NH3的轉(zhuǎn)化，由于在該反應(yīng)中H元素化合價升高，失去電子，N元素化合價降低，獲得電子，所以通入氫氣的A電極為負(fù)極，通入N2的B電極為正極，N2獲得電子，與溶液中的H+結(jié)合形成NH3，因此B電極發(fā)生的電極反應(yīng)式為N2+6e-+6H+=2NH3，該電池放電時，由于負(fù)極上H2失去電子變?yōu)?/span>H+進(jìn)入溶液中，負(fù)極附近溶液中H+濃度增大，電子由導(dǎo)線流入正極B上，根據(jù)同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，溶液中的H+向正極B極移動。