Question

合成氨對工農(nóng)業(yè)發(fā)展有著重要意義，下面是對有關(guān)其應(yīng)用的研究．
（1）隨著對臺成氫研宄的發(fā)展，2001年兩位希臘化學(xué)家提出了電解合成氨的方法，即在常壓下把氫氣和用氦氣稀釋的氮?dú)�，分別通入一個(gè)加熱到570℃的電解池中，采用導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）為介質(zhì)，用吸附在它內(nèi)外表面上的金屬鈀多晶薄膜儆電極，實(shí)現(xiàn)了常壓、570℃條件下高轉(zhuǎn)化率的電解法合成氨（裝置如圖）．陰極的電極反應(yīng)式為

 

．
（2）氨的催化氧化應(yīng)用于硝酸生產(chǎn)中，500℃時(shí)，NH₃和O₂可能發(fā)生如下反應(yīng)：
①4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H═-9072kJ?mol^-1 K=1.1×10²⁶
②4NH₃（g）+4O₂（g）?2N₂O（g）+6H₂O（g）△H═-1104.9kJ?mol^-1 K=4.4×10²⁸
③4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）△H═-1269.02kJ?mol^-1 K=7.1×10³⁴
寫出500℃，N₂氧化為NO的熱化學(xué)方程式

 

，
上述反應(yīng)中，②、③是副反應(yīng)．若要減少副反應(yīng)，提高NO的產(chǎn)率，最合理的措施是

 

．
（3）某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)如圖裝置研究合成氨反應(yīng)，裝置如圖所示，膈板I固定不動(dòng)，活塞II可自由移動(dòng)，M、N兩個(gè)容器均發(fā)生如下反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）

①若向M、N中，各通入1mol N₂和3mol H₂．初始M、N客積相同，并保持溫度不變．則到達(dá)平衡時(shí)N₂的轉(zhuǎn)化率a（N₂）M

 

a（N₂）N，M，N迭到平衡的時(shí)間t_M

 

t_N．
②若在某件下，反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）在容器N中達(dá)到平衡，測得容器中含有N₂ 1.0mol，H₂ 0.4mol，NH₃ 0.4mol，此時(shí)容積為2.0L．則此條件下的平衡常數(shù)為

 

：保持溫度和壓強(qiáng)不變，向此容器內(nèi)通入0.36mol N₂，平衡將

 

（填“正向”、“逆向”或“不”）移動(dòng)，用簡要的計(jì)算過程說明理由

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）反應(yīng)總方程式為N₂+3H₂?2NH₃，反應(yīng)中N元素化合價(jià)降低，被還原，應(yīng)為電解池陰極反應(yīng)，電解方程式為N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃，H元素化合價(jià)升高，被氧化，應(yīng)為電解池陽極反應(yīng)，電極方程式為H₂-2e^-=2H⁺，以此解答該題；
（2）根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變；
（3）①根據(jù)壓強(qiáng)對化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)的影響情況來回答；
②根據(jù)三行式計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)；根據(jù)Qc和K之間的關(guān)系計(jì)算反應(yīng)的移動(dòng)方向．

解答： 解：（1）根據(jù)反應(yīng)總方程式為N₂+3H₂=2NH₃，在電解池的陰極上是氮?dú)獍l(fā)生還原反應(yīng)，電解方程式為N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃，故答案為：N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃；
（2）根據(jù)反應(yīng)可得：①2NO（g）+3H₂O（g）?2NH₃（g）+

5

2

O₂（g）△H=

1

2

×9072kJ?mol^-1=4536kJ?mol^-1，
②2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）?N₂（g）+3H₂O（g）△H=-1269.02×

1

2

kJ?mol^-1=-634.51kJ?mol^-1；額Khijainde
根據(jù)蓋斯定律，①-②得N₂（g）+O₂（g）=2NO（g），所以△H=634.51kJ?mol^-1-4536kJ?mol^-1=-3901.49 kJ?mol^-1，若要減少副反應(yīng)，提高NO的產(chǎn)率，最合理的措施是
選擇合適的催化劑，
故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g），△H=-3901.49 kJ?mol^-1；選擇合適的催化劑；
（3）①膈板I固定不動(dòng)，活塞II可自由移動(dòng)，則M是恒容容器，N是恒壓容器，反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）發(fā)生后，氣體的兩會(huì)減小，壓強(qiáng)會(huì)減小，所以恒壓相當(dāng)于在恒容的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，加壓，平衡右移，所以反應(yīng)物氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率增大，即a（N₂）M＜a（N₂）N，M，N迭到平衡的時(shí)間t_M＞t_N，故答案為：＜；＞；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）達(dá)到平衡時(shí)容器中含有N₂ 1.0mol，H₂ 0.4mol，NH₃ 0.4mol，此時(shí)容積為2.0L，K=

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

=

( 0.4 2 )2

1.0 2 ×( 0.4 2 )3

=10，
保持溫度和壓強(qiáng)不變，向此容器內(nèi)通入0.36molN₂，2.0L時(shí)，容器中的分子數(shù)1.0+0.4+0.4=1.8；再加入A，分子數(shù)為：1.8+0.36=2.16，則容器的體積從原來的2.0L變?yōu)?span id="jz5txn5" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

2.16×2

1.8

L=2.4L，此時(shí)Qc=

( 0.4 2.4 )2

( 1.36 2.4 )?( 0.4 2.4 )3

=10.6＞10，所以平衡逆向移動(dòng)，
故答案為：10；逆向；保持溫度和壓強(qiáng)不變，向此容器內(nèi)通入0.36molN₂，容器中的分子數(shù)1.0+0.4+0.4=1.8；再加入A，分子數(shù)為：1.8+0.36=2.16，則容器的體積從原來的2.0L變?yōu)?span id="pn1tpv7" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

2.16×2

1.8

L=2.4L，此時(shí)Qc=

( 0.4 2.4 )2

( 1.36 2.4 )?( 0.4 2.4 )3

=10.6＞10，所以平衡逆向移動(dòng)．

點(diǎn)評：本題涉及熱化學(xué)、電化學(xué)、化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算等知識，屬于綜合知識的考查，注意知識的歸納和整理是關(guān)鍵，難度中等．