Question

【題目】（1）工業(yè)合成氨時(shí)，合成塔中每產(chǎn)生1molNH3，放出46.1kJ的熱量。

某小組研究在500℃下該反應(yīng)過(guò)程中的能量變化。他們分別在體積均為VL的兩個(gè)恒溫恒容密閉容器中加入一定量的反應(yīng)物，使其在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	起始時(shí)各物質(zhì)物質(zhì)的量/mol			達(dá)到平衡的時(shí)間	達(dá)平衡時(shí)體系能量的變化/kJ
	N2	H2	NH3
a	1	4	0	t1min	放出熱量：36.88kJ
b	2	8	0	t2min	放出熱量：Q

①容器a中，0~t1時(shí)間的平均反應(yīng)速率為υ(H2)=___________。

②下列敘述正確的是________（填字母序號(hào)）。

A．容器b中反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，Q＞73.76kJ

B．平衡時(shí)，兩容器中H2的體積分?jǐn)?shù)相等

C．反應(yīng)開始時(shí)，兩容器中反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率相等

D．平衡時(shí)，容器中N2的轉(zhuǎn)化率：a<b

（2）以氨為原料，合成尿素的反應(yīng)原理為：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g) ΔH=akJ·mol-1。

為研究平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)物投料比[]及溫度的關(guān)系，研究小組在10L恒容密閉容器中進(jìn)行模擬反應(yīng)。（Ⅰ、Ⅱ曲線分別表示在不同投料比時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度之間的關(guān)系）。

①a_______0(填“＞”或“＜”)。

②若n(CO2)起始=10mol，曲線Ⅱ的投料比為0.4，在100℃條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)平衡至A點(diǎn)，則A點(diǎn)與起始?jí)簭?qiáng)比為_______。

③A點(diǎn)平衡常數(shù)與B點(diǎn)平衡常數(shù)間的關(guān)系：KA_______KB(填“＞”或“＜”或“＝”)。

（3）利用氨氣與空氣催化氧化法制取聯(lián)氨N2H4．如圖是由“聯(lián)氨—空氣”形成的綠色燃料電池，以石墨為電極的電池工作原理示意圖，b電極為_______極（填“正”或“負(fù)”），寫出該電池工作時(shí)a電極的電極反應(yīng)式_______。

Answer 1

【答案】 mol·L－1 ·min－1 AD ＜ 5/7 ＝ 正 N2H4 －4e－= N2 +4H+

【解析】試題分析：本題以NH3和CO (NH2)2 的合成、聯(lián)氨—空氣燃料電池為載體，考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動(dòng)、平衡常數(shù)、原電池原理等知識(shí)，考查考生對(duì)圖表的分析能力和綜合應(yīng)用能力。

解析：（1）容器中發(fā)生的反應(yīng)為：N2+3H2 2NH3。①容器a中，0~t1時(shí)間段達(dá)到平衡時(shí)生成NH3：n(NH3)= =0.8mol，υ(NH3)= ， υ(H2)= 。答案：。②A、以容器a為參照，則兩個(gè)容器a連通的體系（標(biāo)記為容器c，體積為容器a的兩倍）放出的熱量為36.88kj×2=73.76kJ，容器c起始時(shí)N2 2mol、H2 8mol，將容器c的體積壓縮至原來(lái)的一半即可得到容器b同樣的平衡體系，壓縮過(guò)程中平衡正向移動(dòng)，所以釋放的熱量更多，A正確。B、容器c中H2的體積分?jǐn)?shù)與容器a相等，容器c加壓時(shí)平衡正向移動(dòng)，則加壓得到的與容器b體積相等的平衡體系中H2的體積分?jǐn)?shù)減少，所以B錯(cuò)誤。C、反應(yīng)開始時(shí)，體積相等的容器b中H2、N2分別是容器a的兩倍，則容器b中N2、H2的濃度也是容器a的兩倍，所以容器b開始時(shí)反應(yīng)速率更大，C錯(cuò)誤。D、容器c中N2的體積分?jǐn)?shù)與容器a相等，容器c加壓時(shí)平衡正向移動(dòng)，則得到的與容器b相同的平衡體系中N2的轉(zhuǎn)化率更大，所以D正確。正確答案AD。

（2）①從圖像可以看出，任一投料比（如曲線Ⅰ）時(shí)隨著溫度升高，平衡體系中CO2的轉(zhuǎn)化率減小，所以升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，因此正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，a<0。正確答案：<。②曲線Ⅱ投料比為0.4，起始CO2 10mol，所以起始時(shí)加入的NH3為10mol/0.4=25mol。達(dá)到平衡A點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)的CO2為 n(CO2)消耗=10mol×50%=5mol，同時(shí)消耗NH3 10mol、生成H2O 5mol，A點(diǎn)氣體總量nA=(25-10)mol+(10-5)mol+5mol=25mol，則A點(diǎn)與起始?jí)簭?qiáng)比：PA：P起始=25：35=5：7，正確答案：5:7。③從圖像可知，A、B兩點(diǎn)溫度相同，而反應(yīng)的平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，所以A、B兩點(diǎn)的平衡常數(shù)相等，正確答案：=。

（3）觀察圖中的生成產(chǎn)物可知，空氣和聯(lián)氨形成的燃料電池基本反應(yīng)為N2H4+O2=N2+2H2O，該原電池裝置中，O2得到電子在正極參加反應(yīng)，N2H4失去電子在負(fù)極參加反應(yīng)。所以a電極為該原電池負(fù)極，b為正極。由上述分析可得負(fù)極反應(yīng)基本物質(zhì)關(guān)系為N2H4-e-→N2，電池內(nèi)部質(zhì)子交換膜能夠讓H+自由通過(guò)，則a極生成H+，b極消耗H+，負(fù)極配平過(guò)程中應(yīng)當(dāng)有H+生成，則電極方程式配平后答案為N2H4-4e-=N2+4H+。正確答案：負(fù)極、 N2H4-4e-=N2+4H+。