Question

合成氨生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的途徑，對化學(xué)工業(yè)技術(shù)也產(chǎn)生了重大影響．合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為：N₂（g）+3H₂（g）2（（（NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol．合成氨工業(yè)中原料氣N₂可從空氣中分離得到，H₂可用甲烷在高溫下與水蒸氣反應(yīng)制得．

（1）在一容積固定的密閉容器中注入N₂和H₂兩種氣體，發(fā)生上述反應(yīng)．在某溫度下達到平衡時各物質(zhì)的濃度分別為c（H₂）=9.00mol/L，c（N₂）=3.00mol/L，c（NH₃）=4.00mol/L，此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

7.32×10^-3

．
（2）三個相同容器中各充入1molN₂和3molH₂，在不同條件下反應(yīng)并達到平衡，氨的體積分?jǐn)?shù)隨時間的變化如圖所示．下列說法正確的是

D

（填序號）．
A．圖I可能是不同壓強對反應(yīng)的影響，且P₂＞P₁
B．圖Ⅱ可能是不同壓強對反應(yīng)的影響，且P₁＞P₂
C．圖Ⅲ可能是不同溫度對反應(yīng)的影響，且T₁＞T₂
D．圖Ⅱ一定是在同溫同壓下不同催化劑對反應(yīng)的影響，且催化劑效果1＞2
（3）將水蒸氣通過紅熱的炭即產(chǎn)生水蒸氣，化學(xué)方程式為：C（s）+H₂O（g） H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ，△S=+133.7J/K該反應(yīng)在低溫下能否自發(fā)

否

（填：能或否）．
（4）甲烷在高溫下與水蒸氣反應(yīng)反應(yīng)方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）．部分物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表：

物  質(zhì)	燃燒熱（kJ?mol-1）
H2（g）	-285.8
CO（g）	-283.0
CH4（g）	-890.3

已知1mol H₂O（g）轉(zhuǎn)變?yōu)?mol H₂O（l）時放出44.0kJ熱量．寫出CH₄和H₂O在高溫下反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ?mol^-1

．
（5）有人設(shè)想尋求合適的催化劑和電極材料，以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl為電解質(zhì)溶液制取新型燃料電池．請寫出該電池的正極反應(yīng)式

N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)k=

c2(NH3)

n(N2)?c3(H2)

計算平衡常數(shù)；
（2）根據(jù)外界條件對平衡移動的影響分析；
（3）判斷自由能是否小于0，以判斷反應(yīng)能否自發(fā)進行；
（4）根據(jù)各反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律計算；
（5）根據(jù)原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)書寫．

解答：解：（1）k=

c2(NH3)

n(N2)?c3(H2)

=

4．002

3.00×9.003

=7.32×10^-3，故答案為：7.32×10^-3；
（2）A．增大壓強，平衡向正反應(yīng)分析移動，氨氣的含量增大，故A錯誤；
B．圖Ⅱ應(yīng)是催化劑對反應(yīng)的影響，故B錯誤；
C．溫度升高，平衡向逆反應(yīng)分析移動，氨氣的含量降低，故C錯誤；
D．圖Ⅱ中兩種途徑平衡狀態(tài)相同，應(yīng)是催化劑對平衡的影響，1反應(yīng)速率大，催化效果好，故D正確．
故答案為：D；
（3）△G=△H-T?△S=131.3kJ-T×133.7kJ×10^-3，在溫度較低時，△G＞0，不能自發(fā)進行；
故答案為：否；
（4）由表中數(shù)據(jù)可知：①H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1，
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0 kJ?mol^-1，
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3 kJ?mol^-1，
④H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1，
利用蓋斯定律，將③+④-①×3-②可得：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1 kJ?mol^-1；
（5）原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，N₂得電子生成NH₄⁺，電極反應(yīng)式為N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺，
故答案為：N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺．

點評：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡，化學(xué)反應(yīng)與能量以及電化學(xué)知識，題目難度較大，本題注意電極反應(yīng)式的書寫，注意利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱的方法．