Question

氨是一種重要的化工產(chǎn)品，是氮肥工業(yè)、有機合成工業(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行可逆反應(yīng)：N₂+3H₂ ?2NH₃．該可逆反應(yīng)達到平衡的標志是

 

．
A．3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆
B．單位時間生成m mol N₂的同時消耗3m mol H₂
C．容器內(nèi)的總壓強不再隨時間而變化
D．混合氣體的密度不再隨時間變化
E．a(chǎn) molN≡N鍵斷裂的同時，有6amolN-H鍵斷裂
F．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2
（3）某化學研究性學習小組模擬工業(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）后在一定溫度壓強下開始反應(yīng)，并用壓力計監(jiān)測容器內(nèi)壓強的變化如下：

反應(yīng)時間/min	0	5	10	15	20	25	30
壓強/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，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[化學式為CO（NH₂）₂]的主要反應(yīng)如下，已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂ NH₄（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)水的熱化學反應(yīng)方程式

 

；
對于上述反應(yīng)②在密閉容器中將過量NH₂CO₂NH₄固體于300K下分解，平衡時P[H₂O（g）]為aPa，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)的量分數(shù)）

Answer 1

考點：用化學平衡常數(shù)進行計算,熱化學方程式,化學電源新型電池,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：化學反應(yīng)中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）堿性燃料電池中，負極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）當可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，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；
（3）同一溫度下，容器中氣體壓強與總的物質(zhì)的量成正比，根據(jù)壓強計算平衡時混合氣體的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=

△C

△t

計算氮氣的平均反應(yīng)速率；根據(jù)平衡時各物質(zhì)的濃度計算其平衡常數(shù)；
（4）根據(jù)蓋斯定律書寫其熱化學反應(yīng)方程式；增大體積，相當于減小壓強，可逆反應(yīng)向氣體體積增大的方向移動，根據(jù)平衡常數(shù)不變進行計算．

解答： 解：（1）堿性燃料電池中，負極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該原電池中負極上氨氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮氣和水，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，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，所以3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆時該反應(yīng)沒有達到平衡狀態(tài)，故錯誤；
B．單位時間生成m mol N₂的同時消耗3m mol H₂，正逆反應(yīng)速率相等，所以該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故正確；C．容器內(nèi)的總壓強不再隨時間而變化，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度不變，所以達到平衡狀態(tài)，故正確；
D．無論該反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度不隨時間變化，所以密度不能作為判斷依據(jù)，故錯誤；
E．a(chǎn) molN≡N鍵斷裂的同時，有6amolN-H鍵斷裂，正逆反應(yīng)速率相等，所以該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故正確；
F．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2時該反應(yīng)不一定達到平衡狀態(tài)，與反應(yīng)物的初始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故錯誤；
故選BCE；
（3）同一溫度下，容器中氣體壓強與總的物質(zhì)的量成正比，設(shè)平衡狀態(tài)時混合氣體的物質(zhì)的量為x，
16.80：12.60=（1+3）mol：x，x=

4mol×12.60

16.80

=3，所以平衡時混合氣體的物質(zhì)的量為3mol，
設(shè)參加反應(yīng)的氮氣的物質(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=

1mol×(4-3)mol

2mol

=0.5mol，
則從反應(yīng)開始到25min時，以N₂表示的平均反應(yīng)速率=

0.5mol 2L

25min

=0.01mol/（L．min），
平衡時，c（N₂）=

0.5mol

2L

=0.25mol/L、c（H₂）=

3mol-3×0.5mol

2L

=0.75mol/L、c（NH₃）=

0.5mol×2

2L

=0.5mol/L，化學平衡常數(shù)K=

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
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，假設(shè)平衡不移動，壓強與體積成反比，所以其壓強為原來的

2

3

，實際上增大容器體積，壓強減小，平衡向正反應(yīng)方向移動，溫度不變，平衡常數(shù)不變，最終水蒸氣濃度不變，所以壓強為aPa，即P[H₂O（g）]的取值范圍是

2

3

a＜P[H₂O（g）]≤a，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ?mol^-1；

2

3

a＜P[H₂O（g）]≤a．

點評：本題考查較綜合，涉及化學平衡計算、平衡判斷、原電池原理等知識點，側(cè)重考查知識運用能力，化學平衡判斷時只有“反應(yīng)前后改變的物理量”才能作為判斷依據(jù)，難點是（4）題，注意反應(yīng)方程式②的特點，題目難度中等．