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(gè)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(jìn)行反應(yīng)：
3H₂（g）+N₂（g）

高溫高壓

催化劑

2NH₃（g），按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

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

（1）下列各項(xiàng)能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

（填寫序號(hào)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(qiáng)保持不變                        d．混合氣體的密度保持不變
（2）容器乙中反應(yīng)從開(kāi)始到達(dá)平衡的反應(yīng)速率為v（H₂）=

 

．
（3）在該溫度下甲容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

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

 

（填序號(hào)）：
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(yīng)為：CO（NH₂）₂+NO+NO₂═CO₂+2N₂+2H₂O 該反應(yīng)中的氧化劑為

 

（寫化學(xué)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(yīng)式是4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，電解質(zhì)溶液一般使用KOH溶液，則負(fù)極電極反應(yīng)式是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡常數(shù)的含義

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，以此判斷；
（2）先計(jì)算出用氮?dú)獗硎镜姆磻?yīng)速率，然后利用化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系計(jì)算出用氫氣表示的反應(yīng)速率；
（3）計(jì)算出反應(yīng)前氮?dú)�、氫氣的物質(zhì)的量濃度，然后利用化學(xué)平衡三段式計(jì)算出達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度，最后根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)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(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化成反應(yīng)物氮?dú)�、氫氣的物質(zhì)的量，然后利用等效平衡知識(shí)進(jìn)行分析；
（5）①根據(jù)氧化還原反應(yīng)反應(yīng)方程式中氧化劑化合價(jià)降低，反應(yīng)中被還原分析該反應(yīng)中的氧化劑；
②依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算出該反應(yīng)的焓變；
（6）堿性電解質(zhì)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答： 解：（1）a．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2，不能說(shuō)明達(dá)到判斷狀態(tài)，取決于起始配料比和轉(zhuǎn)化程度，故a錯(cuò)誤；
b．當(dāng)3v（N₂）_正=v（H₂）_逆時(shí)，才說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，可說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．恒容時(shí)體積不變，質(zhì)量不變，則混合氣體的密度保持不變，不能達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤．
故答案為：c；
（2）容器乙中，反應(yīng)前氮?dú)獾臐舛葹椋?span id="eqegy86" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

4mol

2L

=2mol/L，氮?dú)獾钠骄�反�?yīng)速率為：v（N₂）=

2mol/L-1.5mol/L

5min

=0.1mol?L^-1?min^-1，根據(jù)反應(yīng)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(yīng)前氫氣濃度為：c（H₂）=

3mol

2L

=1.5mol/L，氮?dú)獾臐舛葹椋?span id="wsicyci" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

2mol

2L

=1mol/L，達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)獾臐舛茸兓癁椋海?-c₁）mol/L，
由化學(xué)平衡的三段式可得：
               3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應(yīng)前（mol/L）：1.5           1             0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁） （1-c₁）    2（1-c₁）
反應(yīng)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(yīng)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(dá)到平衡時(shí)甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時(shí)氮?dú)獾臐舛葹閏₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動(dòng)，2c₁=1.5mol/L，由于壓強(qiáng)增大，平衡向著正向移動(dòng)，氨氣的濃度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故a正確；
b．反應(yīng)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(dāng)于加入了1mol氮?dú)狻?mol氫氣，而甲中為3mol H₂、2mol N₂，由于丙反應(yīng)物氮?dú)獾奈镔|(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(cuò)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(yīng)CO（NH₂）₂+NO+NO₂=CO₂+2N₂+2H₂O中，化合價(jià)升高和降低的都是氮元素，其中NO、NO₂中的氮元素化合價(jià)降低，被還原，在反應(yīng)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(yīng)，所以電解質(zhì)溶液應(yīng)呈堿性，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣被氧化生產(chǎn)氮?dú)�，電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：堿性；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡、電化學(xué)，蓋斯定律的運(yùn)用等知識(shí)，題目難度中等，本題影響化學(xué)平衡的因素，把握電極反應(yīng)式的書寫．