Question

【題目】氨的合成對社會發展與進步有巨大貢獻。

(1)某溫度下，在容積均為2L的兩個密閉容器中分別發生反應。N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-92.0kJ/mol。相關數據如下:

容器	甲	乙
反應物投入量	1molN2(g)和3molH2(g)	2molNH3(g)
平衡時c(NH3)	c1	c2
平衡時能量變化	放出18.4kJ	吸收akJ

①下列情況能說明該反應一定達到中平衡狀態的是_____(填字母)。

A.3v(N2)正=v(H2)逆 B.N2、H2的濃度之比不再隨時間改變

C.容器內混合氣體的密度保持不變 D.容器內混合氣體的平均相對分子質量不變

②其他條件不變，達到平衡后，下列不能提高H2轉化率的操作是_____ (填字母)。

A.升高溫度 B.充入更多的H2 C.移除NH3 D.壓縮容器體積

③c1__c2(填“>”“<”或“=”)。

(2)合成氨也可以采用電化學法，其原理如右圖所示。則陰極的電極反應式是_________。

(3)已知:氨在某催化劑催化氧化過程中主要有以下兩個競爭反應:

反應I:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=-906kJ/mol

反應II:4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H=-1267kJ/mol

①該條件下，N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=_____kJ/mol

②為分析催化劑對反應的選擇性，在1L密閉容器中充入1molNH3和2molO2，在一定時間內測得有關物質的物質的量隨溫度變化如圖所示。

該催化劑在較低溫度時主要選擇反應___填“反應I”或“反應II”)。當溫度高于840℃時，反應I中NO的物質的量減少的原因是________。520℃時，反應I的平衡常數K=____(只列算式不計算)。

Answer 1

【答案】 AD AB = N2+6e-+6H+=2NH3 +180.5 反應Ⅱ 反應Ⅰ為放熱反應，在840℃時，反應達到平衡狀態，繼續升高溫度，平衡逆向移動，從而使NO物質的量減少 mol/L

【解析】(1)①化學反應達到化學平衡狀態時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質的濃度不再發生變化，由此衍生的一些物理量不發生變化，以此進行判斷，得出正確結論；
②N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，兩種物質組成改變一種會增大另一種物質轉化率，本身轉化率減小，平衡正向進行，氫氣轉化率增大；
③應用恒溫恒容條件下的等效平衡知識來解決；甲、乙是等效平衡，則甲和乙建立的平衡相同，氨氣的濃度相同；據此分析。

(2)陰極發生還原反應，氮氣在陰極上放電，與氫離子結合生成氨氣。

(3) ①根據蓋斯定律計算反應熱；

②從圖可知，在較低溫度時，產物主要是N2,所以該催化劑在較低溫度時主要選擇反應II；反應Ⅰ為放熱反應，在840℃時，反應達到平衡狀態，繼續升高溫度，平衡逆向移動，從而使NO物質的量減少；

520℃時，各物質的平衡濃度c(N2)=c(NO)=0.2mol/L，根據N原子守恒，C(NH3)=(1-0.2-0.2×2)mol/L=0.4mol/L，C(H2O)=1.5(0.2+0.4)mol/L=0.9mol/L，c(O2)=(2-0.1-0.45)mol/L=1.45mol/L，以此計算平衡常數。

詳解:(1)①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，
A.反應速率之比等于化學方程式計量數之比為正反應速率之比，3v(N2)正=v(H2)逆說明正反應等于逆反應速率，反應達到平衡狀態，故A正確；
B. N2、H2的濃度之比始終不變，不隨反應而改變，不能說明反應達到平衡狀態，故B錯誤；
C.反應前后氣體質量不變，體積不變，氣體密度始終不變，氣體的密度不再隨時間改變，故C錯誤；
D.氣體質量不變，氣體物質的量減小，氣體的平均相對分子質量不再隨時間改變，說明反應達到平衡狀態，故D正確；

因此，本題正確答案是: AD；
②A.反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向進行，氫氣轉化率減小，故A符合；
b.充入更多的H2會提高N2的轉化率，氫氣轉化率減小，故B符合；
c.移除NH3平衡正向進行，氫氣轉化率增大，故C不符合；
d. 壓縮容器體積，壓強增大，平衡正向進行，氫氣轉化率增大，故D不符合；
因此，本題正確答案是: AB；
③應用恒溫恒容條件下的乙的投料量極端轉化為甲相當于投1molN2(g)和3molH2(g)，所以兩者是等效平衡，所以c1=c2。

因此，本題正確答案是：=；
（2）陰極發生還原反應，氮氣在陰極上放電，與氫離子結合生成氨氣，電極反應式為N2+6e-+6H+=2NH3；

因此，本題正確答案是：N2+6e-+6H+=2NH3；

（3）①（反應II-反應I）/2得N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180.5kJ/mol

②從圖可知，在較低溫度時，產物主要是N2,所以該催化劑在較低溫度時主要選擇反應II；反應Ⅰ為放熱反應，在840℃時，反應達到平衡狀態，繼續升高溫度，平衡逆向移動，從而使NO物質的量減少；

520℃時，各物質的平衡濃度c(N2)=c(NO)=0.2mol/L，根據N原子守恒，C(NH3)=(1-0.2-0.2×2)mol/L=0.4mol/L，C(H2O)=1.5(0.2+0.4)mol/L=0.9mol/L，c(O2)=(2-0.1-0.45)mol/L=1.45mol/L，

反應I的平衡常數K==mol/L。