Question

【題目】利用化學(xué)反應(yīng)原理回答下列問(wèn)題：

（1）在一定條件下，將1.00molN2（g）與3.00molH2（g）混合于一個(gè)10.0L密閉容器中，在不同溫度下達(dá)到平衡時(shí)NH3（g）的平衡濃度如圖所示，其中溫度為T(mén)1時(shí)平衡混合氣體中氨氣的體積分?jǐn)?shù)為25.0%。

①該反應(yīng)的焓變△H__0（填“＞”或“＜”）判斷依據(jù)為_____。

②該反應(yīng)在T1溫度下5.00min達(dá)到平衡，這段時(shí)間內(nèi)N2的化學(xué)反應(yīng)速率為______。

③T1溫度下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K1=______。

（2）科學(xué)家采用質(zhì)子高導(dǎo)電性的SCY陶瓷（可傳遞H+）實(shí)現(xiàn)了低溫常壓下高轉(zhuǎn)化率的電化學(xué)合成氨，其實(shí)驗(yàn)原理示意圖如圖所示，則陰極的電極反應(yīng)式是____________。

（3）NH3催化還原氮氧化物(SCR)技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術(shù)。反應(yīng)原理如圖所示：

①SCR技術(shù)中的氧化劑為__________________。

②當(dāng)NO2與NO的物質(zhì)的量之比為1∶1時(shí)，與足量氨氣在一定條件下發(fā)生反應(yīng)。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________。當(dāng)有3 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，則參與反應(yīng)的NO的物質(zhì)的量為____________。

Answer 1

【答案】＜ 溫度升高，氨氣的濃度降低，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng) 8.00×10﹣3mol/（Lmin） 18.3 N2+6H++6e﹣=2NH3 NO、NO2 2NH3＋NO2＋NO=2N2＋3H2O 0.5 mol

【解析】

（1）①由圖可知，溫度越高，平衡時(shí)NH3的濃度越小，說(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；

②根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算公式帶入數(shù)據(jù)即可；

③根據(jù)K=c2(NH3)/c(N2)c3(H2)計(jì)算平衡常數(shù)；

（2）根據(jù)陰極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)；

（3）①根據(jù)圖以及氧化還原反應(yīng)間的關(guān)系進(jìn)行判斷；

②根據(jù)化合價(jià)進(jìn)行分析。

（1）①根據(jù)圖像中氨氣的平衡含量與溫度的關(guān)系可知：升高溫度，氨氣的平衡濃度降低，說(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，說(shuō)明該反應(yīng)的正反應(yīng)放熱反應(yīng)。當(dāng)溫度由T1變化到T2時(shí)，平衡常數(shù)關(guān)系K1>K2；由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H<0，故答案為：＜；溫度升高，氨氣的濃度降低，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

②該反應(yīng)在T1溫度下5.0min達(dá)到平衡，將1.00molN2(g）與3.00molH2(g）混合于一個(gè)10.0L密閉容器中，根據(jù)反應(yīng)方程式N2(g）+3H2(g）=2NH3(g）可知：每有1molN2發(fā)生反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生2molNH3，氣體的物質(zhì)的量減少2mol，假設(shè)反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量是x，則反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量是3x，反應(yīng)產(chǎn)生2x，反應(yīng)后的氣體的物質(zhì)的量減小2x，反應(yīng)后混合氣體的總物質(zhì)的量是(1mol+3mol-2xmol），其中溫度為T1時(shí)平衡混合氣體中氨氣的體積分?jǐn)?shù)為25.0%，2x÷(1mol+3mol-2xmol）=25.0%，解得x=0.4mol，則這段時(shí)間內(nèi)N2的化學(xué)反應(yīng)速率為0.4mol÷10L÷5.0min=8.00×10﹣3mol/（Lmin），故答案為：8.00×10﹣3mol/（Lmin）。

③T1溫度下，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，c(NH3）=0.8mol÷10.0L=0.08mol/L，c(N2）=(1mol-0.4mol）÷10.0L=0.06mol/L；c(H2）=(3mol-3×0.4mol）÷10.0L=0.18mol/L,則根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的含義可得該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K1＝c2(NH3)/c(N2)c3(H2)=0.082/0.06×0.183=18.3，故答案為：18.3。

（2）電解池中陰極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，則陰極是氮?dú)獾玫诫娮咏Y(jié)合氫離子轉(zhuǎn)化為氨氣，電極方程式為：N2+6H++6e﹣=2NH3，故答案為：N2+6H++6e﹣=2NH3。

（3）①由反應(yīng)原理圖可知SCR技術(shù)中，反應(yīng)物是NH3與NO、NO2，產(chǎn)物為N2和水，氮氧化物中N元素化合價(jià)由正化合價(jià)變?yōu)?/span>0價(jià)、氨氣中N元素化合價(jià)由-3價(jià)變?yōu)?/span>0價(jià)，故氧化劑為NO、NO2，故答案為：NO、NO2。

②NH3中氮的化合價(jià)由-3價(jià)升高到0價(jià)，一個(gè)NH3失去3個(gè)電子，NO2中氮的化合價(jià)由+4價(jià)降低到0價(jià)，一個(gè)NO2得到4個(gè)電子，NO中氮的化合價(jià)由+2價(jià)降低到0價(jià)，一個(gè)NO得到2個(gè)電子，當(dāng)NO2與NO的物質(zhì)的量之比為1：1時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的最小公倍數(shù)為6，結(jié)合質(zhì)量守恒可知方程式為：2NH3＋NO2＋NO=2N2＋3H2O，當(dāng)有3 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，則參與反應(yīng)的NO的物質(zhì)的量為0.5mol，故答案為：2NH3＋NO2＋NO=2N2＋3H2O；0.5 mol。