Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工 農業(yè)生產、生活中有著重要作用． 
Ⅰ、（1）如圖是N_2（g）和H_2（g）反應生成1mol NH_3（g）過程中能量變化示意圖，請寫出N₂和H₂反應的熱化學方程式：

 

．
（2）若已知下列數(shù)據(jù)：

化學鍵	H-H	N≡N
鍵能/kJ?mol-1	435	943

試根據(jù)表中及圖中數(shù)據(jù)計算N-H的鍵能

 

kJ?mol^-1．
（4）用NH₃催化還原NO_X還可以消除氮氧化物的污染．例如
4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）；△H₁=akJ?mol^-1
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H₂=bkJ/mol
若1mol NH₃還原NO至N₂，則該反應過程中的反應熱△H₃=

 

kJ/mol（用含a、b的式子表示）．
Ⅱ．氨的合成是最重要的化工生產之一．已知：N₂+3H₂?2NH₃，在3個體積均為2L的密閉容器中，在相同的溫度下，使用相同的催化劑合成氨，實驗測得反應在起始、達到平衡時的有關數(shù)據(jù)如表所示：

容器	甲	乙	丙
反應物投入量	3mol H2、2mol N2	6mol H2、4mol N2	2mol NH3
到達平衡的時間（min）		5	8
N2的濃度（mol/L）	C1	1.5
NH3的體積分數(shù)	w1		W3
混合氣體密度（g/L）	ρ1	ρ2

試回答：
（1）此反應的平衡常數(shù)表達式為

 

．
（2）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N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2      b．v（N₂）_正=3v（H₂）
c．容器內壓強保持不變                      d．混合氣體的密度保持不變
（3）分析上表數(shù)據(jù)，下列關系正確的是

 

（填寫序號字母）．
A．2c₁＞1.5mol?L^-1    B．w₃=w₁    C．2ρ₁=ρ₂ D．K_甲=K_乙=K_丙
（4）容器乙中反應從開始到達平衡平均速率為v（H₂）=

 

．
Ⅲ．直接供氨式堿性燃料電池的電池反應式是4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，電解質溶液一般使用KOH溶液，則負極電極反應式是

 

．

Answer 1

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

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：Ⅰ．（1）先求出此反應的焓變，根據(jù)熱化學方程式的書寫規(guī)則再寫出熱化學方程式；
（2）根據(jù)反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能計算；
（3）利用蓋斯定律計算．
Ⅱ．（1）化學平衡常數(shù)是平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
（2）達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，以此判斷；
（3）先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學計量數(shù)轉化成反應物氮氣、氫氣的物質的量，然后利用等效平衡知識進行分析；
（4）先計算出用氮氣表示的反應速率，然后利用化學計量數(shù)關系計算出用氫氣表示的反應速率；
Ⅲ．氨氣為堿性氣體，電解質溶液應呈堿性，負極發(fā)生氧化反應，氨氣被氧化生產氮氣，電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

解答： 解：Ⅰ．（1）反應物總能量大于生成物總能量，應為放熱反應，生成1mol氨氣放出46kJ熱量，則反應的熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol；
（2）反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，設N-H的鍵能為x，則943+3×435-6x=-92，x=390，故答案為：390；
（3）已知①4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H₁=akJ/mol
②N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₂=bkJ/mol
利用蓋斯定律將

①-②×3

4

可得NH₃（g）+

3

2

NO（g）=

5

4

N₂（g）+

3

2

H₂O（g）△H₃=

a-3b

4

kJ/mol，
故答案為：

a-3b

4

；
Ⅱ．（1）化學平衡常數(shù)是平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，所以N₂+3H₂?2NH₃，該反應的平衡常數(shù)表達式K=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

，故答案為：

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
（2）a．容器內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；
（3）恒溫、恒容條件下：
A．假設乙容器的容積為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．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的量減小，生成的氨氣的物質的量減小，所以ω₃＜ω₁，故B錯誤；
C．反應前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質量為甲的2倍，根據(jù)ρ=

m

V

可知：2ρ₁=ρ₂，故C正確；
D．因為溫度相同，故K_甲=K_乙=K_丙，故D正確；
故選ACD；
（4）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；
Ⅲ．氨氣為堿性氣體，電解質溶液應呈堿性，負極發(fā)生氧化反應，氨氣被氧化生產氮氣，電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評：本題考查了化學平衡的影響因素分析、化學反應速率的影響因素判斷、化學反應速率的計算等知識，題目難度中等，注意掌握化學平衡的影響因素、化學反應速率的計算方法，能夠利用蓋斯定律求算反應中的焓變．