Question

合成氨然后再生產(chǎn)尿素是最重要的化工生產(chǎn)．在3個2L的密閉容器中，在相同的溫度下、使用相同的催化劑分別進行反應：
3H₂（g）+N₂（g）

高溫高壓

催化劑

2NH₃（g），按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應物投入量	3mol H2、2mol N2	6mol H2、4mol N2	2mol NH3
達到平衡的時間/min		5	8
平衡時N2的濃度/mol?L-1	c1	1.5
NH3的體積分數(shù)	ω1		ω3
混合氣體密度/g?L-1	ρ1	ρ2

（1）下列各項能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是

 

（填寫序號字母）．
a．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2        b．v_（N2）正=3v_（H2）逆
c．容器內(nèi)壓強保持不變                        d．混合氣體的密度保持不變
（2）容器乙中反應從開始到達平衡的反應速率為v（H₂）=

 

．
（3）在該溫度下甲容器中反應的平衡常數(shù)K=

 

（用含c₁的代數(shù)式表示，無需化簡）．
（4）分析上表數(shù)據(jù)，下列關(guān)系正確的是

 

（填序號）：
a．2c₁＞1.5mol/L        b．2ρ₁=ρ₂       c．ω₃=ω₁   d．K_甲=K_乙=K_丙
（5）氨和尿素溶液都可以吸收硝酸工業(yè)尾氣中的NO、NO₂，將其轉(zhuǎn)化為N₂．
①尿素與NO、NO₂三者等物質(zhì)的量反應為：CO（NH₂）₂+NO+NO₂═CO₂+2N₂+2H₂O 該反應中的氧化劑為

 

（寫化學式）．
②已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=a kJ?mol^-1
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₂=b kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=c kJ?mol^-1
則4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=

 

 kJ?mol^-1．
（6）直接供氨式堿性燃料電池的電池反應式是4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，電解質(zhì)溶液一般使用KOH溶液，則負極電極反應式是

 

．

Answer 1

考點：化學平衡狀態(tài)的判斷,用蓋斯定律進行有關(guān)反應熱的計算,化學電源新型電池,化學平衡常數(shù)的含義

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，以此判斷；
（2）先計算出用氮氣表示的反應速率，然后利用化學計量數(shù)關(guān)系計算出用氫氣表示的反應速率；
（3）計算出反應前氮氣、氫氣的物質(zhì)的量濃度，然后利用化學平衡三段式計算出達到平衡時各組分的濃度，最后根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式計算出該溫度下的平衡常數(shù)；
（4）先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化成反應物氮氣、氫氣的物質(zhì)的量，然后利用等效平衡知識進行分析；
（5）①根據(jù)氧化還原反應反應方程式中氧化劑化合價降低，反應中被還原分析該反應中的氧化劑；
②依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算出該反應的焓變；
（6）堿性電解質(zhì)，負極發(fā)生氧化反應．

解答： 解：（1）a．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2，不能說明達到判斷狀態(tài)，取決于起始配料比和轉(zhuǎn)化程度，故a錯誤；
b．當3v（N₂）_正=v（H₂）_逆時，才說明達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．容器內(nèi)壓強保持不變，可說明達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．恒容時體積不變，質(zhì)量不變，則混合氣體的密度保持不變，不能達到平衡狀態(tài)，故d錯誤．
故答案為：c；
（2）容器乙中，反應前氮氣的濃度為：

4mol

2L

=2mol/L，氮氣的平均反應速率為：v（N₂）=

2mol/L-1.5mol/L

5min

=0.1mol?L^-1?min^-1，根據(jù)反應3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）可知：v（H₂）=3v（N₂）=0.3 mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.3 mol?L^-1?min^-1；
（3）甲容器中，反應前氫氣濃度為：c（H₂）=

3mol

2L

=1.5mol/L，氮氣的濃度為：

2mol

2L

=1mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為：（1-c₁）mol/L，
由化學平衡的三段式可得：
               3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應前（mol/L）：1.5           1             0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁） （1-c₁）    2（1-c₁）
反應后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁） 1-（1-c₁） 2（1-c₁）
在該溫度下甲容器中反應的平衡常數(shù)K=

(2-2c1)2

c1?(3c1-1.5)

，
故答案為：

(2-2c1)2

c1?(3c1-1.5)

；
（4）恒溫、恒容條件下：
a．假設(shè)乙容器的容積為4L，則達到平衡時甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時氮氣的濃度為c₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動，2c₁=1.5mol/L，由于壓強增大，平衡向著正向移動，氨氣的濃度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故a正確；
b．反應前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質(zhì)量為甲的2倍，根據(jù)ρ=

m

V

可知：2ρ₁=ρ₂，故b正確；
c．丙中2mol氨氣相當于加入了1mol氮氣、3mol氫氣，而甲中為3mol H₂、2mol N₂，由于丙反應物氮氣的物質(zhì)的量減小，生成的氨氣的物質(zhì)的量減小，所以ω₃＜ω₁，故c錯誤；
d．K_甲=K_乙=K_丙，溫度相同，K值相同，故d正確；
故選abd；
（5）①反應CO（NH₂）₂+NO+NO₂=CO₂+2N₂+2H₂O中，化合價升高和降低的都是氮元素，其中NO、NO₂中的氮元素化合價降低，被還原，在反應中作氧化劑，
故答案為：NO、NO₂；
②已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=a kJ?mol^-1
②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H₂=b kJ?mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=c kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律③×3-2×②-2×①得到，4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=（3c-2a-2b）kJ/mol，故答案為：（3c-2a-2b）；
（6）氨氣為堿性氣體，易與酸反應，所以電解質(zhì)溶液應呈堿性，負極發(fā)生氧化反應，氨氣被氧化生產(chǎn)氮氣，電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：堿性；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評：本題考查化學平衡、電化學，蓋斯定律的運用等知識，題目難度中等，本題影響化學平衡的因素，把握電極反應式的書寫．