Question

（共14分）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(wú)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 。

（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+3H22NH3。該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是________________。

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(kāi)始反應(yīng)，并用壓力計(jì)監(jiān)測(cè)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(kāi)始到25min時(shí)，以N2表示的平均反應(yīng)速率= ；該溫度下平衡常數(shù)K= ；

（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) == NH2CO2 NH4(s) △H= —l59.5 kJ/mol

②NH2CO2NH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.5 kJ/mol

③H2O(1) == H2O(g) △H=+44.0kJ/mol

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 ；

對(duì)于上述反應(yīng)②在密閉容器中將過(guò)量NH2CO2NH4固體于300K下分解，平衡時(shí)P[H2O(g)]為a Pa，若反應(yīng)溫度不變，將體系的體積增加50%，則P[H2O(g)]的取值范圍是_________________（用含a的式子表示）。（分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）

 

Answer 1

（1）2NH3—6e—+6OH—=N2+6H2O 3分 （2）BCE 3分

（3）0.01 mol/(L.min) 2分 2.37( mol/L)-2 2分

（4）2NH3(g)+CO2(g)== CO(NH2)2(s) +H2O(l) △H= — 87.0 kJ·mol-1 2分 2a/3＜P[H2O(g)]≤a 2分

【解析】

試題分析：（1）原電池中負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，則該原電池中氨氣在負(fù)極通入，由于電解質(zhì)溶液顯堿性，則負(fù)極電極反應(yīng)式為2NH3—6e—+6OH—=N2+6H2O。

（2）A、3v(H2)正=2v(NH3)逆不能滿足反應(yīng)速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，反應(yīng)沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，應(yīng)該是2v(H2)正=3v(NH3)逆，A錯(cuò)誤；B、單位時(shí)間生成m mol N2的同時(shí)消耗3m mol H2，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；C、該反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中壓強(qiáng)是變化的量，壓強(qiáng)不變，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故C正確；D、密度是混合氣體的質(zhì)量與容器容積的比值，質(zhì)量與容積均是不變的，即密度始終不變，所以混合氣體的密度不再隨時(shí)間變化不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤；E、a molN≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6amolN—H鍵斷裂，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，E正確；F、各組分的物質(zhì)的量之比，無(wú)法判斷各組分的物質(zhì)的量是否變化，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故F錯(cuò)誤；答案選BCE。

（3） N2 + 3H22NH3

起始濃度（mol/L） 0.5 1.5 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） x 3x 2x

平衡濃度（mol/L）0.5－x 1.5－3x 2x

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知＝

解得x＝0.25

所以從反應(yīng)開(kāi)始到25min時(shí)，以N2表示的平均反應(yīng)速率=0.25mol/L÷25min＝0.01 mol/(L.min)

該溫度下的平衡常數(shù)K＝＝2.37( mol/L)-2

（4）①2NH3（g）+CO2（g）═NH2CO2NH4（s）△H=-159.5kJ?mol-1

②NH2CO2NH4（s）═CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=＋116.5kJ?mol-1

③H2O（l）═H2O（g）△H=＋44.0kJ?mol-1

依據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到，①+②-③則反應(yīng)2NH3(g)+CO2(g)== CO(NH2)2(s) +H2O(l) △H=-87KJ/mol；

反應(yīng)NH2CO2NH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g)是體積增大的可逆反應(yīng)，將體系的體積增加50%，則根據(jù)PV＝nRT可知瞬間壓強(qiáng)變?yōu)?a/3，壓強(qiáng)減小，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，壓強(qiáng)逐漸增大，所以最終P[H2O(g)]的取值范圍是2a/3＜P[H2O(g)]≤a。

考點(diǎn)：考查電極反應(yīng)式、平衡狀態(tài)判斷、可逆反應(yīng)計(jì)算以及蓋斯定律的應(yīng)用等