Question

【題目】工業上利用N2和H2可以實現合成氨氣，而氨又可以進一步制備硝酸，在工業上一般可進行連續生產。請回答下列有關問題：

（1）已知N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH =+180.5kJ·mol－1，N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH =－92.4kJ·mol－1，2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH =－483.6kJ·mol－1，寫出氨氣經催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸氣的熱化學方程式為___________。

（2）在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，其化學平衡常數K與溫度t的關系如下表：

t/K	298	398	498	......
K/(mol/L)2	4.1×106	K1	K2	......

完成下列問題：

①比較K1、K2的大小：K1______K2(填“>”、“=”或“<”)；

②在恒溫恒壓下判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是______(填序號)；

A．2v(H2)(正)=3v(NH3)(逆) B．2v(N2) (正)=v(H2) (逆)

C．容器內壓強保持不變 D．混合氣體的密度保持不變

（3）硝酸工業的尾氣NO可用于制備NH4NO3，其工作原理如圖。

①其陰極的電極反應式為___________。

②常溫下，1L pH=6的NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+c(OH－)=________mol·L－1。

（4）工業上生產尿素的化學方程式為：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)。在T℃，體積為4L的密閉容器中，通入6mol NH3和3mol CO2，反應達到平衡時，c(NH3)=0.5mol·L－1，c(CO2)=0.25mol·L－1。若此時保持T℃和平衡時容器的壓強不變，再向體積可變的容器中充入3mol NH3，則此時反應的v正____ v逆(填“>”“<”或“=”)。再次平衡后，平衡常數為______。

Answer 1

【答案】4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－905.0 kJ·mol－1 ＞ AD 1×10－6 ＜ 16

【解析】

(1)根據蓋斯定律書寫氨氣經催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸氣的熱化學方程式；

(2) ①合成氨反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動；

②根當正逆反應速率相等，各物質濃度保持不變，反應達到化學平衡狀態；

(3) ①陰極得電子發生還原反應；②根據質子守恒：NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+c(OH－)= c(H+)；

(4)平衡常數K=；根據Q、K的關系判斷V正、V逆的關系。

（1）將已知反應依次編號為①②③，由蓋斯定律，①×2－②×2＋③×3得氨氣經催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸氣的方程式4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g)，則△H＝[(+180.5kJ·mol－1)×2－(－92.4kJ.mol－1)×2＋(－483.6kJ·mol－1)×3]＝－905.0kJ·mol－1 ，故答案為：4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－905.0 kJ·mol－1；

（2）①合成氨反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡常數K減小，則K1＞K2，故答案為：＞；

②A、2v(H2)(正)=3v(NH3)(逆)說明正反應速率等于逆反應速率，達到平衡狀態，故正確；

B、2v(N2) (正)=v(H2) (逆)不能說明反應正反應速率等于逆反應速率，沒有達到平衡狀態，故錯誤；

C、恒溫恒壓下，無論是否達到平衡，容器內壓強始終保持不變，反應不一定達到平衡狀態，故錯誤；

D、由質量守恒定律可知，平衡前后氣體質總量不變，該反應是氣體體積減小的反應，反應時容器體積變小，混合氣體密度增大，混合氣體的密度保持不變說明反應正反應速率等于逆反應速率，達到平衡狀態，故正確；

正確選項為AD，故答案為：AD；

(3) ①電解時，陰極上發生還原反應，根據示意圖可知，酸性條件下，NO在陰極得電子發生還原反應生成NH4＋,電極反應式為NO＋5e－＋6H＋＝NH4＋＋H2O，故答案為：NO＋5e－＋6H＋＝NH4＋＋H2O；

②pH=6的NH4NO3溶液中，c(H+)=1×10－6 mol·L－1，根據質子守恒：NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+

c(OH－)=c(H+)=1×10－6mol·L－1，故答案為：1×10－6；

(4)由方程式可知，平衡常數K=，反應達到平衡時，c(NH3)=0.5mol·L－1，c(CO2)=0.25mol·L－1，則K==16；T℃和平衡時容器的壓強不變，再向體積可變的容器中充入3molNH3，設容器體積為VL，由同溫同壓下，體積比等于物質的量比可得關系式：=，解得V=8L，此時c(NH3)=mol·L－1，c(CO2)=mol·L－1，濃度熵Qc=＝=20.48＞K，反應逆向進行，故有V正＜V逆，故答案為：＜；16。