Question

16．已知工業(yè)上合成氨的反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．在一體積為2L的密閉容積中，加入0.20mol的N₂和0.60mol的H₂，反應(yīng)中NH₃的物質(zhì)的量濃度的變化情況如圖所示，
請回答下列問題：
（1）寫出該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$
（2）反應(yīng)進行到4分鐘到達平衡．請計算從反應(yīng)開始到剛剛平衡，平均反應(yīng)速率v（NH₃）為0.025mol/（L•min）；
（3）5分鐘時，保持其它條件不變，把容器的體積縮小一半，平衡向正反應(yīng)方向移動（填“向逆反應(yīng)方向”、“向正反應(yīng)方向”或“不”）．化學(xué)平衡常數(shù)將不變（填“增大”、“減少”或“不變”）．
（4）N₂和H₂的反應(yīng)還有其它應(yīng)用．如：有人設(shè)想尋求合適的催化劑和電極材料，分別以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl溶液為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池，試寫出該電池的正極電極反應(yīng)式N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達平衡時，生成物濃度系數(shù)次冪乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積之比；
（2）由圖可知△c（NH₃）=0.1mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NH₃）；
（3）該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，把容器的體積縮小一半，增大了反應(yīng)體系的壓強，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動；
化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（4）正極發(fā)生還原反應(yīng)，氮氣在正極得到電子，酸性條件下生成NH₄⁺．

解答 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)的表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
（2）反應(yīng)進行到4分鐘到達平衡，由圖可知△c（NH₃）=0.1mol/L，平均反應(yīng)速率v（NH₃）=$\frac{0.1mol/L}{4min}$=0.025mol/（L•min），
故答案為：0.025mol/（L•min）；
（3）該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，把容器的體積縮小一半，增大了反應(yīng)體系的壓強，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)方向移動；
化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，
故答案為：向正反應(yīng)方向；不變；
（4）以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl溶液為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氮氣在正極得到電子，酸性條件下生成NH₄⁺，正極電極反應(yīng)為N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

點評 本題考查化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計算、原電池，難度不大，注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握．