Question

17．氨是一種重要的化工原料，也是重要的工業產品，在工農業生產和國防等領域發揮著重要作用．
（1）液氨儲氫是目前研究的重要課題．液氨的電離和水的電離相似，液氨中的氨也能發生電離：NH₃+NH₃?NH₄⁺+NH₂^-，其離子積常數為1.0×10^-30．現將2.3克金屬鈉投入1.0L 液氨中，待反應結束后，假設溶液體積不變，所得溶液中NH₄⁺離子濃度為1.0×10^-29mol/L．
（2）用Pt電極對液氨進行電解可產生H₂和N₂，則陰極的電極反應式是2NH₃+2e^-=H₂+2NH₂^-或2NH₄⁺+2e^-=H₂+2NH₃．
（3）用NH₃催化還原N_XO_y可以消除氮氧化合物的污染．請寫出氨氣催化還原NO的化學方程式4NH₃+6NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$5N₂+6H₂O．
（4）將一定量的N₂和H₂充入1L的密閉容器中，在500℃、2×10⁷Pa下反應并達到平衡，測得N₂為0.10mol，H₂為0.30mol，NH₃為0.10mol，則H₂的平衡轉化率為33.3%；在該溫度下的平衡常數K=3.70．
（5）如圖是某壓強下，N₂與H₂按體積比1：3投料時，反應混合物中氨的體積分數隨溫度的變化曲線．其中一條是經過一定時間反應后的曲線，另一條是平衡時的曲線．則圖中b點，v（正）＞v（逆）．（填“＞”、“=”或“＜”）

Answer 1

分析 （1）氨和水類似，也能發生電離：NH₃+NH₃=NH₄⁺+NH₂^-，將2.3g金屬鈉投入1.0L液氨中會結合NH₂^-，促進液氨的電離，鈉與液氨反應生成NaNH₂，結合化學方程式計算；
（2）用Pt電極對液氨進行電解可產生H₂和N₂，陰極上氨氣或銨根離子得電子生成氫氣；
（3）氨氣催化還原NO生成沒有污染的物質為氮氣和水；
（4）測得N₂為0.10mol，H₂為0.30mol，NH₃為0.10mol，根據方程式知，參加反應的氫氣物質的量=0.15mol，則H₂的平衡轉化率=$\frac{參加反應的氫氣物質的量}{氫氣初始物質的量}$×100%；平衡是c（N₂）=0.10mol/L、c（H₂）=0.30mol/L、c（NH₃）=0.10mol/L，在該溫度下的平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）．{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
（5）根據圖知，a是平衡曲線、b是經過一定時間反應后的曲線，該溫度下要使該反應達到平衡狀態，應該增大氨氣含量，平衡正向移動．

解答 解：（1）將2.3g金屬鈉投入1.0L液氨中發生反應為：2Na+2NH₃=2NaNH₂+H₂↑；促進液氨的電離，依據：NH₃+NH₃=NH₄⁺+NH₂^-，[NH₄⁺][NH₂^-]=l.0×l0^-30；反應生成NH₂^-物質的量為0.1mol，濃度為0.1mol/L，所得溶液中NH₄⁺的濃度l.0×l0^-29mol/L，
故答案為：1.0×l0^-29mol/L；
（2）用Pt電極對液氨進行電解可產生H₂和N₂，陰極上氨氣或銨根離子得電子生成氫氣，電極反應式為2NH₃+2e^-=H₂+2NH₂^- 或 2NH₄⁺+2e^-=H₂+2NH₃，
故答案為：2NH₃+2e^-=H₂+2NH₂^- 或 2NH₄⁺+2e^-=H₂+2NH₃；
（3）氨氣催化還原NO生成沒有污染的物質為氮氣和水，反應方程式為4NH₃+6NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$5N₂+6H₂O，
故答案為：4NH₃+6NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$5N₂+6H₂O；
（4）測得N₂為0.10mol，H₂為0.30mol，NH₃為0.10mol，根據方程式知，參加反應的氫氣物質的量=0.15mol，則H₂的平衡轉化率=$\frac{參加反應的氫氣物質的量}{氫氣初始物質的量}$×100%=$\frac{0.15mol}{0.3mol+0.15mol}$×100%=33.3%；平衡是c（N₂）=0.10mol/L、c（H₂）=0.30mol/L、c（NH₃）=0.10mol/L，在該溫度下的平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）．{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.1{0}^{2}}{0.10×0.3{0}^{3}}$=3.70，
故答案為：33.3%；3.70；
（5）根據圖知，a是平衡曲線、b是經過一定時間反應后的曲線，該溫度下要使該反應達到平衡狀態，應該增大氨氣含量，平衡正向移動，則正反應速率大于逆反應速率，故答案為：＞．

點評 本題考查化學平衡有關計算及電解原理，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，明確化學平衡計算方法、電解原理是解本題關鍵，難點是（5）題，會根據物質濃度相對大小確定反應方向，題目難度中等．