Question

【題目】1909年化學家哈伯在實驗室首次合成了氨。2007年化學家格哈德·埃特爾在哈伯研究所證實了氫氣與氮氣在固體表面合成氨的反應過程，示意如下圖：

（1）圖⑤表示生成的NH3離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別是______，_______。

（2）已知：4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g);ΔH=-1266.8kJ/mol，N2(g)+O2(g)=2NO(g)ΔH=+180.5kJ/mol，氨催化氧化的熱化學方程式為_________________________。

（3）500℃下，在A、B兩個容器中均發生合成氨的反應。隔板Ⅰ固定不動，活塞Ⅱ可自由移動。

①當合成氨在容器B中達平衡時，測得其中含有1.0molN2，0.4molH2，0.4molNH3，此時容積為2.0L。則此條件下的平衡常數為________________；保持溫度和壓強不變，向此容器中通入0.36molN2，平衡將______________（填“正向”、“逆向”或“不”）移動。

②向A、B兩容器中均通入xmolN2和ymolH2，初始A、B容積相同，并保持溫度不變。若要平衡時保持N2在A、B兩容器中的體積分數相同，則x與y之間必須滿足的關系式為_____________。

（4）以CO和O2為電極燃料，以熔融K2CO3為電解質組成燃料電池，請寫出該電池的負極反應方程式_____________________________________________。

Answer 1

【答案】N2和H2被吸附在催化劑表面 在催化劑表明N2和H2中化學鍵斷裂 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) H= —905.8KJ/mol 10 逆向 x=y CO-2e+CO32-=2CO2

【解析】

（1）圖②表示N2、H2被吸附在催化劑表面，而圖③表示在催化劑表面，N2、H2中化學鍵斷裂；

（2）利用蓋斯定律，把第二個熱化學方程式兩邊擴大2倍，然后兩個方程式相加就可以得到氨催化氧化的熱化學方程式；

（3）①根據平衡常數的概念計算，根據計算的濃度商和平衡常數比較分析判斷反應進行的方向；

②利用化學平衡三段式計算A的體積分數相等列式計算；

（4）根據CO在負極發生氧化反應寫出電極方程式。

（1）分析題中圖可以知道，圖②表示N2、H2被吸附在催化劑表面，而圖③表示在催化劑表面，N2、H2中化學鍵斷裂，

故答案為：N2和H2被吸附在催化劑表面；在催化劑表面，N2和H2中化學鍵斷裂。

（2）已知：4NH3（g）+3O2（g）=2N2（g）+6H2O（g）△H=-1266.8kJ/mol ①

N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol ②，由①+②×2得：4NH3（g）+5O2（g）=4NO（g）+6H2O（g）△H=-905.8kJ/mol，故答案為：4NH3（g）+5O2（g）=4NO（g）+6H2O（g）△H=-905.8kJ/mol。

（3）①若在某件下，反應A（g）+3B（g）2C（g）在容器N中達到平衡，測得容器中含有A1.0mol，B0.4mol，C0.4mol，此時容積為2.0L．則此條件下的平衡常數K=（0.4mol÷2L）2/（1mol÷2L）×（0.4mol÷2L）3=10；保持溫度和壓強不變，向此容器內通入0.36molA，平衡將Q=（1.36mol÷2L）2/（1mol÷2L）×（0.4mol÷2L）3=115.6＞10，反應逆向進行；

故答案為：10；逆向。

②向M、N中，各通入xmolA和ymolB，初始M、N容積相同，并保持溫度不變。設M容器中消耗A物質的量amol，N容器中消耗A物質的量為bmol，

M容器中，

A（g）+3B（g）2C（g）

起始量（mol） x y 0

變化量（mol） a 3a 2a

平衡量（mol） x-a y-3a 2a

N容器中，

A（g）+3B（g）2C（g），

起始量（mol） x y 0

變化量（mol） b 3b 2b

平衡量（mol）x-b y-3b 2b

若要平衡時保持A氣體在M、N兩容器中的體積分數相等，（x-a）/（x+y-2a）=（x-b）/（x+y-2b），x：y=（b-a）：（b-a），則x：y=1：1，則起始通入容器中的A的物質的量x mol與B的物質的量y mol之間必須滿足的關系式為x=y=1；故答案為：x=y。

（4）該燃料電池燃料為CO，電解質為熔融的K2CO3，總反應為2CO+O2=2CO2，CO在負極失電子發生氧化反應，負極反應方程式為：CO-2e+CO32-=2CO2，故答案為：CO-2e+CO32-=2CO2。