Question

3．化石燃料的燃燒會產生大量污染大氣的二氧化硫和溫室氣體二氧化碳．而氫氣和氨氣都被認為是無碳無污染的清潔能源．
（1）某些合金可用于儲存于氫，金屬儲氫的原理克表示為M+xH₂═MH_2x（M表示某種合金）．如圖1表示溫度分別為T₁、T₂且T₁＜T₂時最大吸氫量與氫氣壓強的關系．則該反應的△H＜0（填“＞”或“＜”）

（2）氨在氧氣中燃燒，生成水和一種空氣組成成分的單質．已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92KJ•mol^-1及H₂的燃燒熱為286kJ•mol^-1；試寫出氨在氧氣中燃燒生成液態水的熱化學方程式：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1532kJ•mol^-1．
（3）在一定條件下，將1molN₂和3molH₂混合與一個10L的容積不變的密閉容器中發生反應，5分鐘后達到平衡，平衡時氨的體積分數為25%．
①反應的平衡常數表達式為K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
②反應開始到平衡時H₂的消耗速率v（H₂）=0.024mol/（L﹒min）；
③能判斷該反應是否達到化學平衡狀態的依據是a；
a 容器中壓強不變      b．混合氣體的密度不變
c.3v（H₂）=2v（NH₃）   d．c（N₂）：c（H₂）：c（NH₃）=1：3：2
④對于上述平衡狀態，改變下列條件能使反應速率增大，且平衡向正向移動的是d；
a 選用更高效的催化劑     b 升高溫度c 及時分離出氨氣         d 增加H₂的濃度
⑤如今采用SCY陶瓷固體電解質的電化學合成氨裝置（如圖2），該裝置用可以傳導質子的固態物質作為介質．電池總反應為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），那么該電解池陰極反應式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，當陽極失去0.6mol電子時，陰極產生的氣體在標準狀態下的體積為4.48L．

Answer 1

分析 （1）在壓強相同的條件下，T₁對應的吸氫量大，又T₁＜T₂，也就是T₂→T₁，降溫平衡正向移動，據此分析；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1 ①
     由H₂的燃燒熱為286kJ•mol^-1，則2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1 ②
根據蓋斯定律，由②×3-①×2解答；
（3）①化學平衡常數是平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值；
②設參加反應的氮氣的物質的量，再根據三段法求出各自的物質的量，再根據體積分數求出未知數，然后根據v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率；
③化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，以此解答；
④依據影響化學反應速率的因素分析，增大壓強，濃度、升高溫度速率都增大，平衡是氣體體積減小的放熱反應，依據平衡移動原理分析判斷；
⑤陰極發生還原反應，氮氣在陰極上放電，與氫離子結合生成氨氣；根據電極方程式計算陰極產生的氣體在標準狀態下的體積．

解答 解：（1）在壓強相同的條件下，T₁對應的吸氫量大，又T₁＜T₂，也就是T₂→T₁，降溫平衡正向移動，所以正反應是放熱反應，則△H＜0；
故答案為：＜；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1 ①
     由H₂的燃燒熱為286kJ•mol^-1，則2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1 ②
根據蓋斯定律，由②×3-①×2得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1×3+92kJ•mol^-1×2=-1532 kJ•mol^-1
故答案為：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1532 kJ•mol^-1；
（3）①該反應的平衡常數表達式K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$，故答案為：K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
②設參加反應的氮氣的物質的量xmol，
                N₂ +3H₂ $?_{高溫高壓}^{催化劑}$ 2NH₃
開始（mol）：1      3              0
變化（mol）：x      3x             2x
平衡（mol）：1-x     3-3x          2x
5min后達到平衡，平衡時氨的體積分數為$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$×100%=25%，解：x=0.4，
H₂的反應速率v（H₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{10L}}{5min}$×3=0.024mol/（L﹒min），故答案為：0.024mol/（L﹒min）； 
③a．該可逆反應反應前后氣體的物質的量發生變化，則容器內壓強也不停變化，所以容器中壓強不變，能說明反應到達平衡，故a正確；
b．因為反應前后總質量不變，又體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，則混合氣體的密度不變，不能說明反應到達平衡，故b錯誤；
c．3v（H₂）=2v（NH₃），未指明正逆方向，不能說明反應到達平衡，故c錯誤；
d．c（N₂）：c（H₂）：c（NH₃）=1：3：2時可能處于平衡狀態，可能不處于平衡狀態，與反應的條件有關，故d錯誤；
故選：a；
④a．選用更高效的催化劑，能增大正反應速率，但平衡不移動，故a錯誤；
b．升高溫度，能增大正反應速率，但平衡向吸熱的逆向移動，故b錯誤；
c．及時分離出氨氣，反應速率減慢，故c錯誤；
d．增加H₂的濃度，增大反應物的濃度，能增大正反應速率，平衡正向移動，故d正確；
故選d；
⑤陰極發生還原反應，氮氣在陰極上放電，與氫離子結合生成氨氣，電極反應式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，當陽極失去0.6mol電子時，則陰極得到0.6mol電子，所以產生的氣體在標準狀態下的體積為$\frac{0.6mol}{6}$×2×22.4L/mol=4.48L，故答案為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃；4.48L．

點評 本題考查了圖象的理解應用，主要是化學反應速率、化學平衡影響因素、平衡標志以及電解池原理等知識，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等，注意知識的遷移應用．