Question

7．氨氣在工業(yè)上有廣泛用途．請回答以下問題：
（1）工業(yè)上利用N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0合成氨，某小組為了探究外界條件對該反應的影響，以c₀mol/L H₂參加合成氨反應，在a、b兩種條件下分別達到平衡，如圖A．
①相對a而言，b可能改變的條件是增大c（N₂），判斷的理由是a、b起始濃度相同，b到達平衡的時間縮短且氫氣的轉(zhuǎn)化率增大．
②a條件下，0～t₀的平均反應速率v（N₂）=$\frac{{c}_{0}-{c}_{1}}{300{t}_{0}}$mol•L^-1•min^-1．
（2）有人利用NH₃和NO₂構成電池的方法，既能實現(xiàn)有效消除氮氧化物的排放減少環(huán)境污染，又能充分利用化學能進行粗鋁的精煉，如圖B所示，e極為精鋁．
a極通入NO₂氣體（填化學式），判斷的理由是e為精鋁，發(fā)生還原反應，所以d極發(fā)生氧化反應，則a極為正極，正極上二氧化氮得電子生成氮氣
（3）某小組往一恒溫恒壓容器充入9mol N₂和23mol H₂模擬合成氨反應，圖C為不同溫度下平衡混合物中氨氣的體積分數(shù)與總壓強（p）的關系圖．若體系在T₂、60MPa下達到平衡．
①能判斷N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）達到平衡的是bd（填序號）．
a．容器內(nèi)壓強不再發(fā)生變化    b．混合氣體的密度不再發(fā)生變化
c．v_正（N₂）=3v_逆（H₂）       d．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化
②若T₁、T₂、T₃溫度下的平衡常數(shù)分別為K₁、K₂、K₃，則K₁、K₂、K₃由大到小的排序為K₁＞K₂＞K₃．
③此時N₂的平衡分壓為9MPa．（分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)）
計算出此時的平衡常數(shù)Kp=0.043（MPa）^-2．（用平衡分壓代替平衡濃度計算，結(jié)果保留2位有效數(shù)字并帶上單位）

Answer 1

分析 （1）①a、b氫氣起始濃度相同，b到達平衡的時間縮短，說明反應速率增大，平衡時氫氣的濃度減小，說明平衡正向移動；
②a條件下，0～t₀的平均反應速率v（N₂）=$\frac{1}{3}$ v（H₂）=$\frac{1}{3}$×$\frac{△c}{△t}$；
（2）根據(jù)圖知，e為精鋁，為電解池陰極，d為陽極，所以通入a的電極是正極、通入b的電極是負極，原電池中NH₃和NO₂構成原電池，負極上失電子發(fā)生氧化反應，正極上得電子發(fā)生還原反應；
（3）①可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
  ②相同壓強下，升高溫度平衡逆向移動，氨氣的體積分數(shù)減小，根據(jù)圖知，溫度T₁＜T₂＜T₃；
  ③若體系在T₂、60MPa下達到平衡，相同溫度下，氣體的體積分數(shù)等于其物質(zhì)的量分數(shù)，
設平衡時n（NH₃）=xmol，
              N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）9            23             0
反應（mol）0.5x       1.5x           x
平衡（mol）9-0.5x    23-1.5x      x
平衡時氨氣體積分數(shù)=$\frac{x}{9-0.5x+23-1.5x+x}$×100%=60%，
x=12，
氮氣分壓=$\frac{9-0.5×12}{9+23-12}$×60MPa；此時的平衡常數(shù)Kp等生成物壓強冪之積與反應物壓強冪之積的比．

解答 解：（1）①a、b氫氣起始濃度相同，b到達平衡的時間縮短，說明反應速率增大，平衡時氫氣的濃度減小，說明平衡正向移動，所以改變的條件是增大c（N₂），
故答案為：增大c（N₂）；a、b起始濃度相同，b到達平衡的時間縮短且氫氣的轉(zhuǎn)化率增大；
②a條件下，0～t₀的平均反應速率v（N₂）=$\frac{1}{3}$ v（H₂）=$\frac{1}{3}$×$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1}{3}$×$\frac{（{c}_{0}-{c}_{1}）mol/L}{100{t}_{0}min}$=$\frac{{c}_{0}-{c}_{1}}{300{t}_{0}}$mol/（L．min），
故答案為：$\frac{{c}_{0}-{c}_{1}}{300{t}_{0}}$；
（2）根據(jù)圖知，e為精鋁，為電解池陰極，d為陽極，所以通入a的電極是正極、通入b的電極是負極，原電池中NH₃和NO₂構成原電池，負極上失電子發(fā)生氧化反應，正極上得電子發(fā)生還原反應，原電池中二氧化氮得電子生成氮氣，氨氣失電子生成氮氣，所以a電極上通入的是NO₂，
故答案為：NO₂；e為精鋁，發(fā)生還原反應，所以d極發(fā)生氧化反應，則a極為正極，正極上二氧化氮得電子生成氮氣；
（3）①a．該反應是恒壓，所以無論反應是否達到平衡狀態(tài)壓強都不變，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故a錯誤；
 b．反應前后氣體總質(zhì)量不變但容器體積改變，所以混合氣體的密度改變，當混合氣體密度不變時該反應達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．3v_正（N₂）=v_逆（H₂）時該反應達到平衡狀態(tài)，當v_正（N₂）=3v_逆（H₂）時該反應沒有達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；       
d．反應前后混合氣體質(zhì)量不變，但氣體總物質(zhì)的量減小，所以混合氣體相對分子質(zhì)量增加，當混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化時，正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故d正確；
故選bd；
  ②相同壓強下，升高溫度平衡逆向移動，氨氣的體積分數(shù)減小，根據(jù)圖知，溫度T₁＜T₂＜T₃，溫度越高化學平衡常數(shù)越小，所以化學平衡常數(shù)K₁＞K₂＞K₃，
故答案為：K₁＞K₂＞K₃；
  ③若體系在T₂、60MPa下達到平衡，相同溫度下，氣體的體積分數(shù)等于其物質(zhì)的量分數(shù)，
設平衡時n（NH₃）=xmol，
              N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）9            23             0
反應（mol）0.5x       1.5x           x
平衡（mol）9-0.5x    23-1.5x      x
平衡時氨氣體積分數(shù)=$\frac{x}{9-0.5x+23-1.5x+x}$×100%=60%，
x=12，
氮氣分壓=$\frac{9-0.5×12}{9+23-12}$×60MPa=9MPa；
氨氣的分壓=60%×60MPa=36MPa，
氫氣分壓=60MPa-9MPa-36MPa=15MPa，
此時的平衡常數(shù)Kp=$\frac{（36MPa）^{2}}{（9MPa）．（15MPa）^{3}}$=0.043（MPa）^-2，
故答案為：9；0.043（MPa）^-2．

點評 本題考查較綜合，涉及化學平衡計算、化學平衡狀態(tài)判斷、原電池和電解池原理等知識點，側(cè)重考查學生圖象分析、計算能力，注意（3）①為恒壓條件下時容器體積改變，為易錯點．