Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)．生活中有著重要作用．請回答下列問題：
（1）用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
若1mol CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中放出的熱量為867kJ，則△H₂=

 

；
（2）工業(yè)合成氨氣需要的反應條件非常高且產(chǎn)量低，而一些科學家采用高質(zhì)子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺ ）實現(xiàn)氨的電化學合成，從而大大提高了氮氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率．電化學合成氨過程的總反應式為：N₂+3H₂

一定條件

2NH₃，則在電化學合成氨的過程中，正極反應式為

 

；
（3）在一定條件下，將l mol N₂與3mol H₂混合于一個10L密閉容器中，反應達到平衡時，A點混合氣體中氨占25%，試回答：
①A點時N₂的濃度為

 

mol/L；
②圖中在狀態(tài)A時，平衡常數(shù) K_A=

 

（填寫代入數(shù)值的表達式，不要求化簡）；當溫度由T₁變化到T₂時，K_A

 

 K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．
③在容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應，各物質(zhì)的濃度如下表：

時間/min 濃度/mol?L-1	c （N2）	c （H2）	c （NH3）
0	0.6	1.8	0
3	0.52	x	0.16
6	0.36	1.08	0.48
9	0.36	1.08	0.48

反應在3min時，條件發(fā)生了改變，改變的條件可能是

 

（填序號）．
a．使用催化劑
b．降低溫度
c．增加H₂的濃度
d．充入Ne增大壓強．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應熱的計算,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律書寫二氧化氮轉(zhuǎn)化為氮氣的熱化學方程式，從而計算反應熱；
（2）燃料電池中，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應；
（3）①在一定條件下，將l mol N₂與3mol H₂混合于一個10L密閉容器中，反應達到平衡時，A點混合氣體中氨占25%，設參加反應的氮氣的物質(zhì)的量為x，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始1mol  3mol    0
反應xmol   3xmol     2xmol
平衡（1-x）mol 3（1-x）mol 2xmol
根據(jù)

2x

(1-x)mol+3(1-x)mol+2xmol

×100%=25%，x=0.4mol，
根據(jù)C=

n

V

計算A點氮氣濃度；
②根據(jù)平衡時各物質(zhì)濃度計算化學平衡常數(shù)，升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，據(jù)此確定平衡常數(shù)變化；
③0-6min時，氮氣濃度減小、氨氣濃度增大，平衡向正反應方向移動，如果氨氣濃度增大0.48mol/L，氫氣濃度應該減少0.72mol/L，改變的條件不是增加氫氣濃度．

解答： 解：（1）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂②
若1mol CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中放出的熱量為867kJ，
將熱化學方程式

①+②

2

得熱化學反應方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=

-574+△H2

2

kJ/mol=-867kJ/mol，△H₂=-1160kJ/mol，
故答案為：-1160kJ/mol；
（2）燃料電池中，正極上氮氣得電子和氫離子發(fā)生還原反應生成氨氣，電極反應式為N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（3）①在一定條件下，將l mol N₂與3mol H₂混合于一個10L密閉容器中，反應達到平衡時，A點混合氣體中氨占25%，設參加反應的氮氣的物質(zhì)的量為x，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始1mol  3mol    0
反應xmol   3xmol     2xmol
平衡（1-x）mol 3（1-x）mol 2xmol
根據(jù)

2x

(1-x)mol+3(1-x)mol+2xmol

×100%=25%，x=0.4mol，
平衡時氮氣的物質(zhì)的量=1mol-0.4mol=0.6mol，氮氣的平衡濃度C=

n

V

=

0.6mol

10L

=0.06mol/L，
故答案為：0.06；
②平衡時，C（N₂）=0.06mol/L、C（H₂）=

3(1-0.4)mol

10L

=0.18mol/L、C（NH₃）=

2×0.4mol

10L

=0.08mol/L，平衡常數(shù)K=

0.08×0.08

(0.18)3×0.06

；
升高溫度，氨氣含量減少，說明平衡向逆反應方向移動，則正反應是放熱反應，化學平衡常數(shù)減小，即K_A＞K_B，
故答案為：

0.08×0.08

(0.18)3×0.06

；＞；
③0-6min時，氮氣濃度減小、氨氣濃度增大，平衡向正反應方向移動，如果氨氣濃度增大0.48mol/L，氫氣濃度應該減少0.72mol/L，改變的條件不是增加氫氣濃度，
第一個3min氨氣濃度改變量小于第二個3min濃度改變量，說明反應速率增大但平衡不移動，
a．第一個3min氨氣濃度改變量小于第二個3min濃度改變量，說明反應速率增大但平衡不移動，使用催化劑可以實現(xiàn)，故正確；
b．降低溫度反應速率減小且平衡向正反應方向移動，不符合條件，故錯誤；
c．增加H₂的濃度時，第二個3min氫氣濃度應該大于1.08mol/L，故錯誤；
d．充入Ne增大壓強，氮氣、氫氣、氨氣濃度不變，反應速率不變，不符合條件，故錯誤；
故選a．

點評：本題考查較綜合，涉及化學平衡移動、平衡常數(shù)的計算、原電池原理、蓋斯定律等知識點，這些知識點都是考試熱點，難點是平衡移動的判斷、平衡常數(shù)的計算等，平衡常數(shù)的計算中必須用平衡時物質(zhì)濃度而不是任意時刻物質(zhì)濃度，為易錯點．