Question

【題目】N2（g）+3H2（g）2NH3（g） ΔH=-92.4KJ/mol。在500℃、20MPa時，將N2和H2通入到體積為2L的密閉容器中，反應過程中各種物質的物質的量變化如圖所示：

（1）10min內用NH3表示該反應的平均速率，v（NH3）= _______。

（2）在10-20min內NH3濃度變化的原因可能是_______（填字母）。

a.加了催化劑 b.降低溫度 c.增加NH3的物質的量

（3）該可逆反應達到平衡的標志是___（填字母）

a.3v（H2）正=2v（NH3）逆

b.混合氣體的密度不再隨時間變化

c.容器內的總壓強不再隨時間而變化

d.N2、H2、NH3的分子數之比為1:3:2

e.單位時間生成mmolN2的同時消耗3mmolH2

f.amolN=N鍵斷裂的同時，有6amolN-M鍵合成

（4）第一次平衡時，平衡常數K1=____（用數學表達式表示）。NH3的體積分數是_____（保留2位小數）。

（5）在反應進行到25min時，曲線發生變化的原因是______。

（6）已知：N2（g）+3H22NH3（g） ΔH=-92.4KJ/mol

2H2（g）+O2（g）2H2O（g） ΔH=-483.6KJ/mol

氨氣完全燃燒生成氣態水的熱化學方程式是______

（7）安陽燃料電池具有很大的發展潛力。安陽燃料電池工作原理如圖所示：

①b電極的電極反應式是_________；

②一段時間后，需向裝置中補充KOH，請依據反應原理解釋原因是_____。

Answer 1

【答案】 v（NH3）= 0.005 mol/(L·min) a c e 42.86% 移走了生成的氨氣（或減小了氨氣的濃度） 4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(g) ΔH =－1266.0 kJ/mol O2 + 4e- + 2H2O＝ 4OH－ 由于發生4NH3 + 3O22N2 + 6H2O 反應，有水生成，使得溶液逐漸變稀，所以要補充KOH。

【解析】（1）根據反應速率的表達式，c(NH3)=0.1/(2×10)mol/(L·min)=0.005mol/(L·min)；（2）由圖像可知，各組分物質的量變化增加，，且10min時變化是連續的，20min達到平衡時，N2的物質的量變化量為0.025×4mol=0.1mol，氫氣的物質的量變化量為0.025×12mol=0.3mol，NH3物質的量變化量為0.025×8mol=0.2mol，物質的量變化之比等于化學計量時之比，三種氣體物質的速率增加倍數相同，說明使用了催化劑，故選項a正確；（3）a、用不同物質反應速率判斷達到平衡，要求反應方向一正一逆，且反應速率之比等于化學計量數之比，v正(H2)向正反應方向進行，v逆(NH3)向逆反應方向進行，v正(H2)/v逆(NH3)=3:2，應是2v正(H2)=3v逆(NH3)，故錯誤；b、組分都是氣體，氣體質量保持不變，又是恒容狀態，因此密度不變，不能說明反應達到平衡，故錯誤；c、反應前后氣體系數之和不相等，因此壓強不變，說明反應達到平衡，故正確；d、因為不知道開始時投入量是多少，因此分子數之比不能判斷是否達到平衡，故錯誤；e、反應方向一正一逆，且等于反應速率之比，因此達到平衡，故正確；f、反應方向都是向正反應方向進行，因此不能說明達到平衡，故錯誤；（4）根據平衡常數的定義，表達式為K1=c2(NH3)/[c(N2)×c3(H2)]，在20min時第一次達到平衡，n(N2)=0.25mol，n(H2)=0.15mol，n(NH3)=0.3mol，因此有K=(0.3/2)2/[(0.25/2)×(0.15/2)3]或者，NH3的體積分數為0.3/(0.25＋0.15＋0.3)×100%=42.86%；（5）根據圖像，第25min時，氨氣的量突然減小，而其他物質的量不變，說明此時刻移出NH3或分離出NH3；（6）①N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)，②×3－2×①得出：4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(g) ΔH =－1266.0 kJ/mol ；（7）①根據工作原理，b極發生還原反應，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－；②總電極反應是4NH3＋O22N2＋6H2O，KOH的濃度降低，因此需要補充KOH。