Question

【題目】氨是化學實驗室及化工生產中的重要物質，應用廣泛。

（1）已知25℃時：N2（g）+O2（g）2NO（g） △H1＝+183 kJ／mol

2H2（g）+O2（g）＝2H2O（1） △H2＝-571.6 kJ／mol

4NH3（g）+5O2（g）＝4NO（g）+6H2O（1） △H3＝-1164.4 kJ／mol

則N2（g）+3H2（g）2NH3（g） △H＝________kJ／mol

（2）在恒溫恒容密閉容器中進行合成氨反應，起始投料時各物質濃度如下表：

	N2	H2	NH3
投料I	1.0 mol/L	3.0 mol/L	0
投料II	0.5 mol/L	1.5 mol/L	1.0 mol/L

①該溫度下合成氨反應的平衡常數表達式為________。

②按投料I進行反應，測得達到化學平衡狀態時H2的轉化率為40％，若按投料II進行反應，起始時反應進行的方向為________（填“正向”或“逆向”）。

③若升高溫度，則合成氨反應的化學平衡常數___________（填“變大”、“變小”或“不變”）。

④L（L1、L2）、X可分別代表壓強或溫度。下圖表示L一定時，合成氨反應中H2（g）的平衡轉化率隨X的變化關系。

i X代表的物理量是_________，

ii 判斷L1、L2的大小關系，并簡述理由：_____________。

（3）如圖是一種用電解原理來制備H2O2，并用產生的H2O2處理廢氨水的裝置。

①為了不影響H2O2的產量，需要向廢氨水中加入適量HNO3調節溶液的pH約為5，則所得溶液中 c（NH4+）_________c（NO3-）（填“>”、“<”或“＝”）。

②Ir-Ru惰性電極吸附O2生成H2O2，其電極反應式是__________。

③理論上電路中每轉移3 mol e-，最多可以處理廢氨水中溶質（以NH3計）的質量是________g。

Answer 1

【答案】 -92.2 K＝ 逆向 變小 溫度 L1<L2，當溫度一定時，壓強越大，平衡轉化率越大。 < O2+2H++2e-＝H2O2 17g

【解析】（1）已知25℃時：①N2（g）+O2（g）2NO（g）△H=+183kJ/mol

②2H2（g）+O2（g）2H2O（l）△H=﹣571.6kJ/mol

③4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（l）△H=﹣1164.4kJ/mol

根據蓋斯定律①+②×﹣×③得，N2（g）+3H2（g）3NH3（g）△H=+183﹣571.6×+×1164.4=﹣92.2kJ/mol，（2）①因為合成氨反應的平衡常數=生成物濃度的冪次方之積比上反應物濃度的冪次方之積，所以N2（g）+3H2（g）3NH3（g）的平衡常數表達式為K=；②按投料Ⅱ將氨氣完全轉化到右邊，則與投料Ⅰ完全相同，為完全等效平衡，所以按投料Ⅱ進行反應平衡時H2的濃度也為3.0mol/L×（1﹣40%）=1.8mol/L，所以按投料Ⅱ進行反應，起始時反應進行的方向為正向，③由（1）得出合成氨為放熱反應，所以升高溫度平衡向逆反應方向移動，所以反應的化學平衡常數變小，④i、由圖可知，X越大，氫氣轉化率越低，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則氫氣轉化率減小，則X表示溫度；ii、由N2（g）+3H2（g）3NH3（g）△H＜0，溫度高，氫氣轉化率小，壓強大，平衡正向移動，氫氣轉化率大，圖中等溫度時L2對應的氫氣轉化率大，則壓強L1＜L2；

(4)①向廢氨水加入適量硝酸調節溶液的pH約為5，根據溶液呈電中性，溶液中c（NH4+）+c（H+）=c（NO3-）+c（OH-），pH約為5呈酸性，c（H+）＞c（OH-），所以c（NH4+）＜c（NO3-）；②利用電解法制H2O2，在該電解池中，Ir-Ru惰性電極有吸附O2作用為氧氣得電子發生還原反應，O2+2H++2e-═H2O2；③4NH3+3O22N2+6H2O中，氨氣中的氮元素從-3價變為氮氣中的0價，4mol氨氣轉移12mol電子，所以轉移3mol電子，最多可以處理廢氨水中溶質（以NH3計）的質量是1mol×17g/mol=17g。