Question

【題目】氮元素的單質(zhì)及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用。

(1)已知：反應(yīng)i：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H＝－92.4kJ/mol

反應(yīng)ii：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H＝－483.6kJ/mol

則氨氣完全燃燒生成氮氣和水蒸氣的熱化學(xué)方程式_____。

(2)已知反應(yīng)i斷開1mol化學(xué)鍵所需的能量見下表：

	N≡N	H—H	N—H
鍵能/kJ·mol－1	945	436	？

則斷開1molN－H鍵所需的能量是_______kJ

(3)如圖表示反應(yīng)i在500℃、60.0MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中M點數(shù)據(jù)計算N2的平衡體積分?jǐn)?shù)______；該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式______。

(4)如圖是合成氨反應(yīng)平衡混合氣中NH3的體積分?jǐn)?shù)隨溫度或壓強(qiáng)變化的曲線，圖中L(L1、L2)、X分別代表溫度或壓強(qiáng)。其中X代表的是______(填“溫度”或“壓強(qiáng)”)；判斷L1、L2的大小關(guān)系并說明理由_______。

(5)電化學(xué)氣敏傳感器可用于檢測環(huán)境中NH3的含量，其工作原理如圖所示：

①反應(yīng)消耗NH3和O2的物質(zhì)的量之比為____。

②a極的電極反應(yīng)式為______。

Answer 1

【答案】4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) △H=－1266kJ/mol 390.9 8% 壓強(qiáng) L1＜L2合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，壓強(qiáng)相同時，溫度升高，平衡逆向移動，氨的體積分?jǐn)?shù)減小 4:3 2NH3–6e－+6OH－=N2+6H2O

【解析】

根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)熱計算式回答問題，相同條件下，氣體體積比等于氣體物質(zhì)的量之比，通過三段式計算平衡體積分?jǐn)?shù)；根據(jù)原電池原理判斷正負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)。

(1)根據(jù)蓋斯定律，氨氣完全燃燒生成氮氣和水蒸氣的熱化學(xué)方程式4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)△H=92.4×2kJ/mol－483.6×3kJ/mol=－1266kJ/mol。

(2)根據(jù)△H=反應(yīng)物鍵能-生成物鍵能可知，斷開1molN－H鍵所需的能量是kJ。

(3)根據(jù)圖中M點數(shù)據(jù)，此時氮氣和氫氣的投料比為1：4，氨氣的平衡體積分?jǐn)?shù)為40%，設(shè)反應(yīng)前氮氣加入了1mol，氫氣加入了4mol，平衡時反應(yīng)消耗了氮氣xmol，根據(jù)反應(yīng)N2+3H22NH3列三段式：

平衡時氨氣的體積分?jǐn)?shù)為，x=，即N2的平衡體積分?jǐn)?shù)；該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為。

(4)合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)正方向氣體體積減小，故保持L不變，觀察其中一條曲線，隨著X增大，氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，說明反應(yīng)正向移動，根據(jù)勒夏特列原理，X為壓強(qiáng)，L為溫度；L1＜L2，合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，壓強(qiáng)相同時，溫度升高，平衡逆向移動，氨的體積分?jǐn)?shù)減小。

(5)根據(jù)圖像，氨氣反應(yīng)生成氮氣，氮化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極；氧氣所處b電極發(fā)生還原反應(yīng)，為正極。

①反應(yīng)總方程為4NH3+3O2=2N2+6H2O，反應(yīng)消耗NH3和O2的物質(zhì)的量之比為4：3。

②a極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2NH3–6e－+6OH－=N2+6H2O。