Question

13．碳、氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中有著重要作用．
已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，這是目前使用最廣泛的人工固氮的方法．請回答下列問題：
450℃時，往一個2L的密閉容器中充入2.6molH₂和1molN₂，反應過程中對NH₃的濃度進行檢測，得到的數(shù)據(jù)如表所示

時間/min	5	10	15	20	25	30
c（NH3）/mol•L-1	0.08	0.14	0.18	0.2	0.2	0.2

（1）5min內(nèi)，消耗N₂的平均反應速率為0.008mol．L^-1．min^-1
此條件下該反應的化學平衡常數(shù)值為0.1
（2）若改變某一條件，達新平衡時n（H₂）=1.6mol，下列說法正確的是BD
A．平衡一定正向移動
B．可能是降低了容器的溫度
C．可能是向容器中加入了一定量的H₂氣體
D．可能是縮小了容器的體積
（3）另一種人工固氮的新方法是在光照條件下，N₂在催化劑表面與水蒸氣發(fā)生反應生成NH₃和O₂． 已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-489kJ/mol
請根據(jù)以上信息，寫出人工固氮新方法的熱化學方程式2N₂（g）+6H₂O（g）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=1282.2KJ/mol
工業(yè)上也可在堿性溶液中通過電解的方法實現(xiàn)上述反應，陽極的電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O
（4）如圖1表示500℃、60.0MPa條件下，合成氨原料氣投料比與平衡時NH₃體積分數(shù)的關(guān)系．根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N₂的平衡體積分數(shù)：14.5%．
（5）通過NO_x傳感器可監(jiān)測NO_x的含量，其工作原理示意圖如圖2：
寫出NiO電極的電極反應式：NO+O^2--2e^-=NO₂
（6）①2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s），此反應溫度越低越容易自發(fā)進行，則該反應正向為放熱反應（填“吸”或“放”）．若將一定量NH₂COONH₄（s）置于恒溫密閉容器中，其分解達到平衡狀態(tài)，此時容器內(nèi)壓強為P₁，混合氣體的密度為ρ₁．縮小容器的容積，再次達平衡時，容器內(nèi)壓強為P₂，混合氣體的密度為ρ₂．則P₁＜P₂（填“＞”“=”或“＜”），ρ₁＜ρ₂（填“＞”“=”或“＜”）．
②在恒容絕熱（不與外界交換能量）條件下進行2A（g）+B（g）?2C（g）+D（s）反應，按如表數(shù)據(jù)投料，反應達到平衡狀態(tài)，測得體系壓強升高．簡述該反應的平衡常數(shù)與溫度的變化關(guān)系：升高溫度平衡常數(shù)減小

物質(zhì)	A	B	C	D
起始投料/mol	2	1	2	0

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化學平衡三段式計算，確定反應達到平衡各物質(zhì)的變化量和反應達到化學平衡時各物質(zhì)的濃度；進而計算速率和平衡常數(shù)；
（2）若改變某一條件，達新平衡時n（H₂）=1.60mol，原平衡狀態(tài)氫氣物質(zhì)的量為2mol，說明氫氣物質(zhì)的量減小，可能是改變條件平衡正向進行，減少氫氣的量；
（3）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到人工固氮新方法的熱化學方程式，電解池中失電子的發(fā)生氧化反應；
（4）依據(jù)反應特征N₂+3H₂=2NH₃，反應前后氣體體積減小為生成氨氣的體積，相同條件下，氣體體積比等于氣體物質(zhì)的量之比，圖象分析可知平衡狀態(tài)氨氣體積含量42%，設平衡混合氣體體積為 100，氨氣為體積42，計算反應的氮氣，依據(jù)氣體體積比計算原混合氣體中氮氣體積，得到平衡狀態(tài)下氮氣體積分數(shù)；
（5）NiO電極上NO失電子和氧離子反應生成二氧化氮；
（6）①2NH₃+CO₂?NH₂COONH₄（s），正反應方向混亂度減小，△S＜0，根據(jù)△H-T•△S＜0反應自發(fā)進行判斷△H；縮小容器的容積可導致容器內(nèi)的壓強增大，平衡正向移動，但條件的改變大于平衡移動的改變；
②2A （g）+B（g）?2C（g）+D（s）反應，反應為氣體體積縮小的反應，容器的體積不變，平衡時壓強增大，故絕熱條件下，混合氣體的溫度升高，即正反應為放熱反應，結(jié)合溫度對平衡移動的影響判斷溫度與平衡常數(shù)的變化關(guān)系；

解答 解：（1）①根據(jù)題意列式計算，從表中分析可知，20min時反應已達平衡，C（NH₃）=0.20mol/L
根據(jù)反應            N₂ +3H₂ $\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃
初始濃度（mol/L）：0.5  1.3        0
變化濃度（mol/L）：0.1  0.3       0.2
平衡濃度（mol/L）：0.4  1.0       0.2
5min內(nèi)，氨氣生成濃度為0.08mol/L，則氮氣的消耗濃度為0.04mol/L；消耗N₂的平均反應速率=$\frac{0.04mol/L}{5min}$=0.008mol/L•min
K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0.4×1．{0}^{3}}$=0.1（L/mol）²
故答案為：0.008mol．L^-1．min^-1；  0.1；
（2）若改變某一條件，達新平衡時n（H₂）=1.60mol，原平衡狀態(tài)氫氣物質(zhì)的量為2mol，說明氫氣物質(zhì)的量減小，可能是改變條件平衡正向進行，減少氫氣的量；
A、平衡不一定正向進行，減小氫氣的量可以符合，故A錯誤；
B、該反應是放熱反應，降低了容器的溫度，平衡向正反應方向進行，氫氣的量減少，故B正確；
C、可能是向容器中加入了一定量的H₂氣體，使氫氣量增大，故C錯誤；
D、縮小容器的體積，相當于增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向進行，該反應正向是氣體體積減少的反應，所以縮小體積，平衡正向進行，氫氣的量減少，但體積減小帶來的濃度增大比平衡移動帶來氫氣的減少程度大，最終可以是氫氣量增大，故D正確；
故答案為：BD；
（3）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-489kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律①×2-②×3得到人工固氮新方法的熱化學方程式為：2N₂（g）+6H₂O（g）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=1282.2KJ/mol，反應中溶液中氫氧根離子失電子在陽極發(fā)生氧化反應生成氧氣，陽極OH^-失去電子發(fā)生氧化反應：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案為：2N₂（g）+6H₂O（g）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=1282.2KJ/mol，4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（4）依據(jù)反應特征N₂+3H₂=2NH₃ △V
                1  3   2     2
          平衡體積      V    V 
即反應前后氣體體積減小為生成氨氣的體積，相同條件下，氣體體積比等于氣體物質(zhì)的量之比，圖象分析可知平衡狀態(tài)氨氣體積含量42%，設平衡混合氣體體積為100，氨氣為體積42，則反應前氣體體積100+42=142，氮氣和氫氣按照1：3混合，氮氣體積=142×$\frac{1}{4}$=35.5，依據(jù)化學方程式計算反應的氮氣體積為21，平衡狀態(tài)氮氣為35.5-21=14.5，則氮氣體積分數(shù)為14.5%；
故答案為：14.5%；
（5）NiO電極上NO失電子和氧離子反應生成二氧化氮，所以電極反應式為：NO+O^2--2e^-=NO₂，故答案為：NO+O^2--2e^-=NO₂；
（6）①2NH₃+CO₂?NH₂COONH₄（s），正反應方向混亂度減小，△S＜0，此反應溫度越低越容易自發(fā)進行，說明在較低溫度下△H-T•△S＜0，△H＜0，即為放熱反應；縮小容器的容積可導致容器內(nèi)的壓強增大，因此P₁＜P₂，雖然平衡正向移動，但條件的改變大于平衡移動的改變，因此氣體的密度增大，即為ρ₁＜ρ₂，
故答案為：放；＜；＜；
②由起始D的物質(zhì)的量為0可知，反應2A （g）+B（g）?2C（g）+D（s）向正反應進行建立平衡，正反應是氣體體積減小的反應，容器的體積不變，平衡時壓強增大，故絕熱條件下，混合氣體的溫度升高，則正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應進行，化學平衡常數(shù)減小，
故答案為：升高溫度平衡常數(shù)減小．

點評 本題考查了化學平衡影響因素，速率、平衡常數(shù)的計算，平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)和方法，蓋斯定律的應用，電解池和原電池原理等知識點，掌握基礎是關(guān)鍵，題目綜合性強，題目難度較大．