Question

13．氨是化學實驗室及化工生產中的重要物質，應用廣泛．
（1）已知25℃時：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+183kJ/mol
                2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
                4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（l）△H=-1164.4kJ/mol
則N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol
（2）在恒溫密閉容器中進行合成氨反應，起始投料時各物質濃度如下表：

	N2	H2	NH3
投料Ⅰ	1.0mol/L	3.0mol/L	0
投料Ⅱ	0.5mol/L	1.5mol/L	1.0mol/L

①按投料Ⅰ進行反應，測得達到化學平衡狀態時H₂的轉化率為40%，則該溫度下合成氨反應的平衡常數表達式為K=$\frac{c（NH{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}c（N{\;}_{2}）}$．
②按投料Ⅱ進行反應，起始時反應進行的方向為逆向（填“正向”或“逆向”）．
③若升高溫度，則合成氨反應的化學平衡常數變小（填“變大”、“變小”或“不變”）．
④L（L₁、L₂）、X可分別代表壓強或溫度．如圖1表示L一定時，合成氨反應中H₂（g）的平衡轉化率隨X的變化關系．
i、X代表的物理量是溫度．
ii、判斷L₁、L₂的大小關系，并簡述理：L₁＜L₂，其他條件不變時，增大壓強，衡正向移動，氫氣轉化率大．
（3）電化學氣敏傳感器可用于監測環境中NH₃的含量，其工作原理示意圖2如下：
①電極b上發生的是還原反應（填“氧化”或“還原”）．
②寫出電極a的電極反應式：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知25℃時：①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+183kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
③4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（l）△H=-1164.4kJ/mol
根據蓋斯定律①+②×$\frac{3}{2}$-$\frac{1}{2}$×③進行計算；
（2）①根據合成氨反應的平衡常數=生成物濃度的冪次方之積比上反應物濃度的冪次方之積；
②按投料Ⅱ將氨氣完全轉化到右邊，則與投料Ⅰ完全相同，為完全等效平衡，所以平衡時H₂的濃度為3.0mol/L×（1-40%）=1.8mol/L，據此分析；
③由（1）得出合成氨為放熱反應，所以升高溫度平衡向逆反應方向移動，據此分析反應的化學平衡常數變化；
④i、由圖可知，X越大，氫氣轉化率越低；
ii、由N₂（g）+3H₂（g）?3NH₃（g）△H＜0，壓強大高，氫氣轉化率大；
（3）Pt電子通入氨氣生成氮氣，說明氨氣被氧化，為原電池負極，則b為正極，氧氣得電子被還原，結合電極方程式解答該題．

解答 解：（1）已知25℃時：①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+183kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
③4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（l）△H=-1164.4kJ/mol
根據蓋斯定律①+②×$\frac{3}{2}$-$\frac{1}{2}$×③得，N₂（g）+3H₂（g）?3NH₃（g）△H=+183-571.6×$\frac{3}{2}$+$\frac{1}{2}$×1164.4=-92.2kJ/mol，故答案為：-92.2；
（2）①因為合成氨反應的平衡常數=生成物濃度的冪次方之積比上反應物濃度的冪次方之積，所以N₂（g）+3H₂（g）?3NH₃（g）的平衡常數表達式為K=$\frac{c（NH{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}c（N{\;}_{2}）}$，故答案為：K=$\frac{c（NH{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}c（N{\;}_{2}）}$；
②按投料Ⅱ將氨氣完全轉化到右邊，則與投料Ⅰ完全相同，為完全等效平衡，所以按投料Ⅱ進行反應平衡時H₂的濃度也為3.0mol/L×（1-40%）=1.8mol/L，所以按投料Ⅱ進行反應，起始時反應進行的方向為逆向，故答案為：逆向；
③由（1）得出合成氨為放熱反應，所以升高溫度平衡向逆反應方向移動，所以反應的化學平衡常數變小，故答案為：變小；
④i、由圖可知，X越大，氫氣轉化率越低，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則氫氣轉化率減小，則X表示溫度，故答案為：溫度；
ii、由N₂（g）+3H₂（g）?3NH₃（g）△H＜0，溫度高，氫氣轉化率小，壓強大，平衡正向移動，氫氣轉化率大，圖中等溫度時L₂對應的氫氣轉化率大，則壓強L₁＜L₂，故答案為：L₁＜L₂，其他條件不變時，增大壓強，衡正向移動，氫氣轉化率大；
（3）①Pt電子通入氨氣生成氮氣，說明氨氣被氧化，為原電池負極，則b為正極，氧氣得電子被還原發生還原反應，故答案為：還原；
②因為a極為負極，負極是氨氣發生氧化反應變成氮氣，且OH^-向a極移動參與反應，故電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、化學平衡影響因素分析判斷、平衡常數的應用等，題目難度較大，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．