Question

16．已知工業上合成氨的反應為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．在一體積為2L的密閉容積中，加入0.20mol的N₂和0.60mol的H₂，反應中NH₃的物質的量濃度的變化情況如圖所示，
請回答下列問題：
（1）寫出該反應平衡常數的表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$
（2）反應進行到4分鐘到達平衡．請計算從反應開始到剛剛平衡，平均反應速率v（NH₃）為0.025mol/（L•min）；
（3）5分鐘時，保持其它條件不變，把容器的體積縮小一半，平衡向正反應方向移動（填“向逆反應方向”、“向正反應方向”或“不”）．化學平衡常數將不變（填“增大”、“減少”或“不變”）．
（4）N₂和H₂的反應還有其它應用．如：有人設想尋求合適的催化劑和電極材料，分別以N₂、H₂為電極反應物，以HCl-NH₄Cl溶液為電解質溶液制造新型燃料電池，試寫出該電池的正極電極反應式N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

Answer 1

分析 （1）平衡常數指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物濃度系數次冪乘積與反應物濃度系數次冪乘積之比；
（2）由圖可知△c（NH₃）=0.1mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NH₃）；
（3）該反應是氣體體積減小的反應，把容器的體積縮小一半，增大了反應體系的壓強，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動；
化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變，平衡常數不變；
（4）正極發生還原反應，氮氣在正極得到電子，酸性條件下生成NH₄⁺．

解答 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數的表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
（2）反應進行到4分鐘到達平衡，由圖可知△c（NH₃）=0.1mol/L，平均反應速率v（NH₃）=$\frac{0.1mol/L}{4min}$=0.025mol/（L•min），
故答案為：0.025mol/（L•min）；
（3）該反應是氣體體積減小的反應，把容器的體積縮小一半，增大了反應體系的壓強，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應方向移動；
化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變，平衡常數不變，
故答案為：向正反應方向；不變；
（4）以N₂、H₂為電極反應物，以HCl-NH₄Cl溶液為電解質溶液制造新型燃料電池，正極發生還原反應，氮氣在正極得到電子，酸性條件下生成NH₄⁺，正極電極反應為N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

點評 本題考查化學平衡影響因素、平衡常數、反應速率計算、原電池，難度不大，注意對基礎知識的理解掌握．