Question

氨是世界上產量最多的無機化合物之一，主要用于制造氮肥．
（1）根據下面能量變化示意圖（圖1），請寫出合成氨反應的熱化學方程式：

 

．
（2）在一個容積為2L的密閉容器內加入一定量的N₂和H₂，在一定條件下合成氨，反應中NH₃的物質的量濃度的變化情況如圖2所示，請回答下列問題：

①該反應的平衡常數表達式K=

 

；
②該反應400℃的平衡常數

 

500℃時的平衡常數（填“＞”、“＜”或“=”）；
③下列描述中能說明上述反應已達化學平衡的是

 

；
A．3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）
B．容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化
C．容器中氣體的密度不隨時間而變化
D．容器中氣體的分子總數不隨時間而變化
④根據上圖計算從反應開始到達第一個平衡時，平均反應速率v（NH₃）=

 

；
⑤由第一次平衡到第二次平衡，平衡移動的方向是

 

，采取的措施可能是

 

．
（3）設想尋求合適的催化劑和電極材料，以N₂、H₂為電極反應物，以HCl-NH₄Cl為電解質溶液制造新型燃料電池，放電過程中，溶液中銨根離子濃度逐漸增大．請寫出該電池的正極反應式：

 

．

Answer 1

分析：（1）圖象分析反應物能量高于生成物能量，反應是放熱反應，拆化學鍵吸收能量減去形成化學鍵放出的能量為反應焓變，依據熱化學方程式書寫方法寫出；
（2）①依據平衡常數概念列式寫出反應的平衡常數；
②反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數減小；
③平衡的標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，據此分析選項；
④從反應開始到達第一個平衡時圖象分析可知平衡時氨氣濃度為0.1mol/L，依據化學反應速率概念計算得到；
⑤由第一次平衡到第二次平衡，平衡移動的方向依據圖象分析氨氣的濃度增大，平衡正向進行；
（3）依據原電池原理分析，正極反應是氮氣得到電子發生還原反應生成銨根的過程，依據電荷守恒書寫電極反應；

解答：解：（1）圖象分析反應物能量高于生成物能量，反應是放熱反應，拆化學鍵吸收能量減去形成化學鍵放出的能量為反應焓變△H=508kJ/mol-600kJ/mol=-92kJ/mol；
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）①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g），反應的平衡常數K=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
故答案為：

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
②氮氣和氫氣合成氨反應是放熱 反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數減小，所以400℃的平衡常數大于500℃的平衡常數；
故答案為：＞；
③A．反應速率之比等于化學方程式系數之比，是正反應速率，當2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃）時說明氨氣的正逆反應速率相同，故A錯誤；
B．反應前后氣體體積變化，質量守恒，所以氣體的平均相對分子質量變化說明平衡移動，容器中氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化，說明反應達到平衡，故B正確；
C．密度是氣體質量除以體積，平衡體系質量守恒，體積不變，混合氣體密度始終不變，容器中氣體的密度不隨時間而變化不能說明反應達到平衡，故C錯誤；
D．反應前后是氣體物質的量變化的反應，容器中氣體的分子總數不隨時間而變化證明反應達到平衡，故D正確；
故答案為：BD．
④圖象分析可知，從反應開始到達第一個平衡時，圖象分析可知4min達到平衡時氨氣濃度為0.1mol/L，以氨氣表示的反應速率=

0.1mol/L

4min

=0.025mol/L?min；
故答案為：0.025mol/L?min；
⑤依據圖象分析第二次平衡氨氣的濃度增大，說明平衡正向移動，氨氣的濃度增大為0.25mol/L，可以采取增大壓強的方法即縮小體積，縮小體積為原來的一倍，濃度應為0.2mol/L，但壓強增大平衡正向進行氨氣濃度增大，符合增大到0.25mol/L；
故答案為：向正向進行，將容器體積縮小成原來的一半；
（3）以N₂、H₂為電極反應物，以HCl-NH₄Cl為電解質溶液制造新型燃料電池，放電過程中，溶液中銨根離子濃度逐漸增大，原電池中氮氣得到電子反應還原反應，電極反應為：N₂+6e^-+8H⁺═2NH₄⁺；
故答案為：N₂+6e^-+8H⁺═2NH₄⁺；

點評：本題考查了化學平衡影響因素，平衡移動原理應用，平衡常數計算，平衡狀態的判斷依據，熱化學方程式的書寫方法，題目難度中等．