Question

14．工業(yè)合成氨的反應為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0某實驗將3.0mol N₂（g）和4.0mol H₂（g）充入容積為10L的密閉容器中，在溫度T₁下反應．測得H₂的物質的量隨反應時間的變化如圖所示．
（1）反應開始3min內，H₂的平均反應速率為0.080mol/（L•min）；
（2）該條件下合成氨反應的化學平衡常數(shù)K=2.0×10² （L/mol）²（結果保留2位有效數(shù)字）
（3）僅改變溫度為T₂（ T₂小于T_I）再進行實驗，請在答題卡框圖中畫出H₂的物質的量隨反應時間變化的預期結果示意圖．
（4）若某溫度時，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的K=0.5．
該溫度下，在0.5L的反應容器中進行合成氨反應，一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為2mol、1mol、2mol，則此時反應v（N₂）_正=v（N₂）_逆（填“＞”、“＜”、“=”或“不能確定”）
（5）已知：工業(yè)合成氨時，合成塔中每產生1mol NH₃，放出46.1kJ的熱量，N≡N的鍵能為945.8kJ/mol，H-H的鍵能為436.0kJ/mol，則斷開1mol N-H鍵所需的能量是391kJ
（6）氨是一種潛在的清潔能源，可用作堿性燃料電池的燃料．電池的總反應為：4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）．則該燃料電池的負極反應式是2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率；
（2）計算平衡時各物質的濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達式計算；
（3）畫圖要點：①T₁→T₂，降低溫度，則反應速率減小，單位時間內消耗氫氣的物質的量減小，達到平衡時間增大；②由于正反應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應方向移動，則平衡時氫氣的物質的量減小；
（4）根據(jù)Qc可K得大小關系來判斷反應的方向；
（5）①計算生成2mol氨氣放出的熱量，注明物質的聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式；
②反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；
（6）原電池負極發(fā)生氧化反應，氨氣在負極失去電子，堿性條件下生成氮氣與水．

解答 解：（1）反應開始3min內，氫氣的物質的量1.6mol，則v（H₂）=$\frac{4.0m-1.6mol}{10L×3min}$=0.080mol/（L•min），
故答案為：0.080mol/（L•min）；
（2）由圖象可知，平衡時H₂的濃度0.10 mol/L，則：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始濃度（mol/L） 0.30 0.40 0
轉化濃度（mol/L） 0.10 0.30 0.20
平衡濃度（mol/L） 0.20 0.10 0.20
K=$\frac{0．{2}^{2}}{0.2×0．{1}^{3}}$=2.0×10² （L/mol）²；
故答案為：2.0×10² （L/mol）²；
（3）T₁→T₂，降低溫度，則反應速率減小，單位時間內消耗氫氣的物質的量減小，達到平衡時間增大；由于正反應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應方向移動，則平衡時氫氣的物質的量減小，則圖象為：，
故答案為：；
（4）在0.5L的反應容器中進行合成氨反應，一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為2mol、1mol、2mol，則此時反應Qc=$\frac{（\frac{2}{0.5}）^{2}}{\frac{2}{0.5}×（\frac{1}{0.5}）^{3}}$=0.5=K，所以
平衡不移動，故v（N₂）_正=v（N₂）_逆，故答案為：=；
（5）生成2mol氨氣放出的熱量為46.1kJ×2=92.2kJ，反應熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol，故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；設斷開1mol N-H鍵所需的能量是xkJ，則945.8kJ/mol+3×436.0kJ/mol-6×xkJ/mol=-92.2kJ/mol，解得x=391，
故答案為：391；
（6）原電池負極發(fā)生氧化反應，氨氣在負極失去電子，堿性條件下生成氮氣與水，負極電極反應式為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

點評 本題考查化學平衡、速率的計算、反應熱的計算，明確三段法計算及物質的量之比等于體積之比的關系即可解答，題目難度不大．