Question

科學家一直致力于“人工固氨”的新方法研究．目前合成氨技術原理為：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）+92.4kJ/mol
673K，30MPa下，上述合成氨反應中n（NH₃）和n（H₂）隨時間變化的關系如圖1所示．

（1）下列敘述正確的是   
A．點a的正反應速率比點b的大
B．點c處反應達到平衡
C．點d和點e處的n （N₂）相同
D．773K，30MPa 下，反應至t₂時刻達到平衡，則n（NH₃）比圖中e點的值大
（2）在容積為2.0L恒容得密閉容器中充入0.80mol N₂（g）和1.60mol H₂（g），673K、30MPa下達到平衡時，NH₃的體積分數為20%．該條件下，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數值為：    ．
（3）K值越大，表明反應達到平衡時    ．
A．H₂的轉化率一定越高    B．NH₃的產量一定越大    C．正反應進行得越完全    D．化學反應速率越大
（4）1998年希臘亞里斯多德大學的兩位科學家采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺），實現了高溫、常壓下高轉化率的電解合成氨．其實驗裝置如圖2．陽極的電極反應為：H₂-2e→2H⁺，則陰極的電極反應為：    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）A．濃度越大反應速率越快；
B．a、b、c之后氫氣的物質的量繼續變化，未達到平衡，反應向正反進行；
C．d、e對應氫氣、氨氣的物質的量不變，處于平衡狀態；
D．該反應正反應是放熱反應，溫度升高平衡向逆反應移動；
（2）令轉化的氮氣的物質的量為ymol，利用三段式表示出平衡時各組分的物質的量，根據氨氣的體積分數列方程計算y的值，計算平衡濃度，倒入平衡常數表達式計算；
（3）K值越大，表示反應進行程度大，但該溫度下不一定反應發生，氫氣的轉化率與氮氣、氫氣的投入量等有關，轉化率不一定高，氨氣的產率與與氮氣、氫氣的投入量等有關，產量不一定大；
（4）電解池的陰極發生得電子的還原反應，在合成氨中，氮氣得電子，酸性條件下生成氨氣．
解答：解：（1）A．a點反應物的濃度大于b點，濃度越大反應速率越快，故a點反應速率更大，故A正確；
B．點c之后氫氣的物質的量繼續減小，未達到平衡，反應向正反進行，故B錯誤；
C．d、e對應氫氣、氨氣的物質的量不變，處于平衡狀態，點d和點e處的n （N₂）相同，故C正確；
D．該反應正反應是放熱反應，溫度升高平衡向逆反應移動，氨氣的物質的量減小，故D錯誤；
故選AC；
（2）令平衡時轉化的氮氣的物質的量為ymol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）：0.8     1.6       0
變化（mol）：x        3x       2x
平衡（mol）：0.8-x   1.6-3x    2x
故=20%，解得x=0.2，
故 N₂、H₂、NH₃的平衡濃度分別為=0.3mol/L、=0.5mol/L、=0.2mol/L
故該溫度下平衡常數k==1.07，
故答案為：1.07；
（3）A．氫氣的轉化率與氮氣、氫氣的投入量等有關，K值大，氫氣轉化率不一定高，故A錯誤；
B．氨氣的產率與與氮氣、氫氣的投入量等有關，K值大，氨氣的產量不一定大，故B錯誤；
C．K值越大，表示反應進行程度大，即正反應進行得越完全，故C正確；
D．K值越大，表示反應進行程度大，但該溫度下不一定反應發生，反應速率不一定大，故D錯誤；
故選C；
（4）電解池的陰極發生得電子的還原反應，在合成氨中，氮氣得電子，所以陰極反應為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．
點評：本題考查化學平衡圖象、化學平衡常數計算與意義、電解原理等，難度不大，注意理解平衡常數的意義．