Question

德國人哈伯在1909年發(fā)明的合成氨反應原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  已知298K時：△H=-92.4kJ?mol^-1試回答下列問題：
（1）在298K時，將10mol N₂和30mol H₂放入合成塔中，為何放出的熱量小于924kJ？    ．
（2）如圖一在一定條件下，將1mol N₂與3mol H₂混合于一個10L密閉容器中，反應達到A平衡時，混合氣體中氨占25%，試回答：
①N₂的轉(zhuǎn)化率α_A為    ．
②在狀態(tài)A時，平衡常數(shù)K_A=    （代入數(shù)值的表達式，不寫出具體數(shù)值）當溫度由T₁變化到T₂時，K_A    K_B（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）圖二是實驗室模擬工業(yè)法合成氨的簡易裝置．簡述檢驗有氨氣生成的方法    ．在1998年希臘亞里斯多德大學的Marmellos和Stoukides采用高質(zhì)子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺），實現(xiàn)了高溫常壓下高轉(zhuǎn)化率的電化學合成氨．其實驗裝置如圖．陰極的電極反應式    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）可逆反應不能完全反應；
（2）令參加反應的氮氣的物質(zhì)的量為nmol，結(jié)合根據(jù)三段式用n表示出各組分的物質(zhì)的量的變化量，平衡時各組分的物質(zhì)的量，結(jié)合混合氣體中氨占25%，列方程求出n的值；
①根據(jù)轉(zhuǎn)化率的定義計算；
②平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應物濃度系數(shù)次冪之積的比值，k=，
該反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應進行，平衡常數(shù)k減小；
（3）氨氣是堿性氣體，濕潤的紅色石蕊試紙檢驗；
陰極發(fā)生還原反應，氮氣在陰極上放電，與氫離子結(jié)合生成氨氣．
解答：解：（1）該反應為可逆反應，10mol N₂和30mol H₂不可能完全反應，所以放出的熱量小于10×10×92.4kJ=924kJ，
故答案為：該反應為可逆反應，10mol N₂和30mol H₂不可能完全反應，所以放出的熱量小于10×10×92.4kJ=924kJ；
（2）對于反應N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）
開始（mol）：1        3                    0
變化（mol）：n        3n                   2n
平衡（mol）：1-n      3-3n                 2n
所以×100%=25%，解得n=0.4，
①由上述計算可知，參加反應的氮氣的物質(zhì)的量為0.4mol，所以氮氣的轉(zhuǎn)化率為×100%=40%，故答案為：40%；
②由上述計算可知，平衡時 N₂0.6mol、濃度為=0.06mol/L，H₂1.8mol、濃度為=0.18mol/L，NH₃0.8mol、濃度為=0.08mol/L，
所以k==；
該反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應進行，平衡常數(shù)k減小，即K_A＞K_B，
故答案為：；＞；
（3）用濕潤的紅色石蕊試紙放在導管口處，若試紙變藍，說明有氨氣生成； 
陰極發(fā)生還原反應，氮氣在陰極上放電，與氫離子結(jié)合生成氨氣，電極反應式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
故答案為：用濕潤的紅色石蕊試紙放在導管口處，若試紙變藍，說明有氨氣生成； N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
點評：本題考查化學平衡計算、電化學等，難度中等，旨在考查學生對知識的掌握與運用，加強基礎知識的掌握理解．