Question

氨是一種重要的化工產品，是氮肥工業、有機合成工業以及制造硝酸、銨鹽 和純堿的原料，也是一種常用的制冷劑．
（1）實驗室制備氨氣的化學反應方程式為

 

．
（2）工業合成氨的反應方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H．
圖I是合成氨反應的 能量與反應過程相關圖（未使用催化劑）；圖Ⅱ是合成気反應在2L容器中、相同投料情況下、其它條件都不變時，某一反應條件的改變對反應的影響圖．

下列說法正確的是

 

．
A．△H=-92.4kJ/mol
B．使用催化劑會使E₁的數值增大
C．為了提高轉化率，工業生產中反應的度越低越好
D．圖II是不同壓強下反應體系中氨的物質的量與反應時間關系圖．且P_A＜P_B
E．圖II是不同溫度下反應體系中氨的物質的量與反應時間關系圖，且T_A＞T_B；
F．該反應的平銜常數K_A＜K_B
G．在曲線A條件下，反應從開始到平衡，消耗N₂的平均速率為

n1

4t1

mol?L^-1?min^-1
（3）-定溫度下，向一個容積為2L的密閉容器中通入2mol N₂和7mol H₂，達到平衡時 測得容器內的壓強為起始時的

7

9

倍，則此溫度下的平衡常數為

 

．在同一溫度，同一容器中，將起始物質改為a mol N₂、b mol H₂、c mol NH₃（a，b，c均不為零）欲使4平衡混合物中各物質的質量與原平衡相同，則a，b，c滿足的關系為（用含a，b，c的表達式表示）

 

．且欲使反應在起始時向逆反應方向進行，c的取值范圍是

 

．
（4）已知H₂（g）的燃燒熱為2S5.8kJ/mol．試寫出表示NH₃（g）燃燒熱的熱化學反應方程式

 

以氨氣為燃料可以設計制氨燃料電池（電極材料均為惰性電極，KOH溶液作電解質溶液）該電池負極電極反應式為-

 

經測定，該電作過程中每 放出1mol N₂實際提供460kJ的電能，則該燃料電池的實際效率為

 

（燃料電池的實標效率是指電池實際提供的電能占燃料電池反應所能釋放出的全部能量的百分數）．

Answer 1

考點：物質的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）實驗室用加熱NH₄Cl和Ca（OH）₂固體混和物的方法制取氨氣并生成CaCl₂和水．故可以寫出化學方程式；
（2）N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4KJ/mol
A．依據圖象分析，反應焓變△H=312.4KJ/mol-404.8KJ/mol=-92.4kJ/mol；
B．使用催化劑改變反應速率降低反應的活化能；
C．溫度越低平衡正向進行，工業生產中反應速率慢，生成效率和經濟效益低；
D．圖2是不同壓強下反應體系中氨的物質的量與反應時間關系，依據先拐先平壓強大，結合氨氣物質的量分析；
E．圖2是不同溫度下反應體系中氨的物質的量與反應時間關系先拐先平溫度高，結合氨氣物質的量分析；
F．該反應溫度不變，反應的平衡常數隨溫度變化分析；
G．在曲線A條件下，反應從開始到平衡，計算氨氣的反應速率，依據反應速率之比等于系數之比，得到消耗N₂的平均速率=

△c

△t

；
（3）依據化學平衡三段式列式計算平衡濃度，結合平衡常數概念計算平衡常數；起始量為amol N₂、bmol H₂、cmol NH₃（a、b、c均不為零），欲使平衡混合物中各物質的質量與原平衡相同，滿足轉化為起始量“等量等效”分析；
（4）依據燃燒熱的概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩定氧化物放出的熱量書寫熱化學方程式；根據原電池原理結合氧化還原反應的特征可以寫出電極反應，根據電極方程式可以算出放出1mol N₂理論提供的電能，進而計算效率．

解答： 解：（1）加熱NH₄Cl和Ca（OH）₂固體混和物的方法制取氨氣，反應為2NH₄Cl+Ca（OH）₂

加熱  .

2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O，
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂

加熱  .

2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；
（2）A．依據圖象分析，反應焓變△H=312.4KJ/mol-404.8KJ/mol=-92.4kJ/mol，故A正確；
B．使用催化劑改變反應速率降低反應的活化能，E₁減小，故B錯誤；
C．為了提高轉化率，反應是放熱反應，溫度越低平衡正向進行，工業生產中反應速率慢，生成效率和經濟效益低，故C錯誤；
D．圖2是不同壓強下反應體系中氨的物質的量與反應時間關系，依據先拐先平壓強大，p_A＞p_B ，壓強越大氨氣物質的量增大，故D錯誤
E．圖2是不同溫度下反應體系中氨的物質的量與反應時間關系先拐先平溫度高，T_A＞T_B，故E正確；
F．反應的平衡常數隨溫度變化，該反應溫度不變，平衡常數不變，壓強改變不影響平衡常數，圖象中影響因素依據DE分析是溫度改變，T_A＞T_B，溫度越高平衡逆向進行，平衡常數K_A＜K_B，故F正確；
G．在曲線A條件下，反應從開始到平衡，V（NH₃）=

n1mol 2L

t1min

=

n1

2t1

mol/（L?min），反應速率之比等于系數之比，消耗N₂的平均速率=

1

2

V（NH₃）=

n1

4t1

mol/（L?min），故G正確；
故答案為：AEFG；
（3）一定溫度下，向一個容積為2L的密閉容器中通入2molN₂和7molH₂，則依據平衡三段式列式計算，設氮氣消耗物質的量為x；
                N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g），
起始量（mol/L）  2        7       0
變化量（mol/L）  x      3x        2x
平衡量（mol/L） 2-x     7-3x      2x
達到平衡時測得容器內的壓強為起始時的

7

9

倍，氣體物質的量之比等于壓強之比；2-x+7-3x+2x=

7

9

（2+7）
x=1
平衡常數K=

( 2 2 )2

1 2 ×( 4 2 )3

=0.25；
起始量為amol N₂、bmol H₂、cmol NH₃（a、b、c均不為零），欲使平衡混合物中各物質的質量與原平衡相同，滿足轉化為起始量“等量等效”；
               N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g），
起始量（mol/L）  a       b          c
轉化量         a+

c

2

    b+

3c

2

         0
則a+

c

2

=2    b+

3c

2

=7；
因為平衡時氨氣的濃度為2mol/L，要使反應完全正向進行，氨氣的濃度為4mol/L，所以欲使反應在起始時向逆反應方向進行，c的取值范圍是2＜c＜4
故答案為：0.25；a+

c

2

=2、b+

3c

2

=7；2＜c＜4；
（4）H₂（g）的燃燒熱為285.8kJ/mol，表示NH₃（g）燃燒熱的熱化學反應方程式為：NH₃（g）+

3

4

O₂（g）=

1

2

N₂（g）+

3

2

H₂O（l）△H=-382.5KJ/mol；
在氨燃料電池中，氨氣失去電子，在負極反應，被氧化成氮氣，氧氣得到電子，在正極反應，由于在堿性介質中，根據電荷守恒可寫出電極反應式為：2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O，根據氨的燃燒熱的方程式可知，生成1mol氮氣可以放出765KJ的熱量，所以該燃料電池的實際效率為

460

765

×100%=60.1%，
故答案為：NH₃（g）+

3

4

O₂（g）=

1

2

N₂（g）+

3

2

H₂O（l）△H=-382.5KJ/mol；2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O； 60.1%．

點評：本題考查了熱化學方程式書寫方法，化學平衡影響因素分析判斷，平衡常數計算應用，等效平衡狀態的分析方法，原電池原理的應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．