Question

【題目】（1）工業合成氨時，合成塔中每產生1molNH3，放出46.1kJ的熱量。

某小組研究在500℃下該反應過程中的能量變化。他們分別在體積均為VL的兩個恒溫恒容密閉容器中加入一定量的反應物，使其在相同溫度下發生反應。相關數據如下：

容器	起始時各物質物質的量/mol			達到平衡的時間	達平衡時體系能量的變化/kJ
	N2	H2	NH3
a	1	4	0	t1min	放出熱量：36.88kJ
b	2	8	0	t2min	放出熱量：Q

①容器a中，0~t1時間的平均反應速率為υ(H2)=___________。

②下列敘述正確的是________（填字母序號）。

A．容器b中反應達平衡狀態時，Q＞73.76kJ

B．平衡時，兩容器中H2的體積分數相等

C．反應開始時，兩容器中反應的化學反應速率相等

D．平衡時，容器中N2的轉化率：a<b

（2）以氨為原料，合成尿素的反應原理為：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g) ΔH=akJ·mol-1。

為研究平衡時CO2的轉化率與反應物投料比[]及溫度的關系，研究小組在10L恒容密閉容器中進行模擬反應。（Ⅰ、Ⅱ曲線分別表示在不同投料比時，CO2的轉化率與溫度之間的關系）。

①a_______0(填“＞”或“＜”)。

②若n(CO2)起始=10mol，曲線Ⅱ的投料比為0.4，在100℃條件下發生反應，達平衡至A點，則A點與起始壓強比為_______。

③A點平衡常數與B點平衡常數間的關系：KA_______KB(填“＞”或“＜”或“＝”)。

（3）利用氨氣與空氣催化氧化法制取聯氨N2H4．如圖是由“聯氨—空氣”形成的綠色燃料電池，以石墨為電極的電池工作原理示意圖，b電極為_______極（填“正”或“負”），寫出該電池工作時a電極的電極反應式_______。

Answer 1

【答案】 mol·L－1 ·min－1 AD ＜ 5/7 ＝ 正 N2H4 －4e－= N2 +4H+

【解析】試題分析：本題以NH3和CO (NH2)2 的合成、聯氨—空氣燃料電池為載體，考查化學反應速率、化學平衡移動、平衡常數、原電池原理等知識，考查考生對圖表的分析能力和綜合應用能力。

解析：（1）容器中發生的反應為：N2+3H2 2NH3。①容器a中，0~t1時間段達到平衡時生成NH3：n(NH3)= =0.8mol，υ(NH3)= ， υ(H2)= 。答案：。②A、以容器a為參照，則兩個容器a連通的體系（標記為容器c，體積為容器a的兩倍）放出的熱量為36.88kj×2=73.76kJ，容器c起始時N2 2mol、H2 8mol，將容器c的體積壓縮至原來的一半即可得到容器b同樣的平衡體系，壓縮過程中平衡正向移動，所以釋放的熱量更多，A正確。B、容器c中H2的體積分數與容器a相等，容器c加壓時平衡正向移動，則加壓得到的與容器b體積相等的平衡體系中H2的體積分數減少，所以B錯誤。C、反應開始時，體積相等的容器b中H2、N2分別是容器a的兩倍，則容器b中N2、H2的濃度也是容器a的兩倍，所以容器b開始時反應速率更大，C錯誤。D、容器c中N2的體積分數與容器a相等，容器c加壓時平衡正向移動，則得到的與容器b相同的平衡體系中N2的轉化率更大，所以D正確。正確答案AD。

（2）①從圖像可以看出，任一投料比（如曲線Ⅰ）時隨著溫度升高，平衡體系中CO2的轉化率減小，所以升高溫度，平衡逆向移動，因此正反應為放熱反應，a<0。正確答案：<。②曲線Ⅱ投料比為0.4，起始CO2 10mol，所以起始時加入的NH3為10mol/0.4=25mol。達到平衡A點時，反應的CO2為 n(CO2)消耗=10mol×50%=5mol，同時消耗NH3 10mol、生成H2O 5mol，A點氣體總量nA=(25-10)mol+(10-5)mol+5mol=25mol，則A點與起始壓強比：PA：P起始=25：35=5：7，正確答案：5:7。③從圖像可知，A、B兩點溫度相同，而反應的平衡常數只與溫度有關，所以A、B兩點的平衡常數相等，正確答案：=。

（3）觀察圖中的生成產物可知，空氣和聯氨形成的燃料電池基本反應為N2H4+O2=N2+2H2O，該原電池裝置中，O2得到電子在正極參加反應，N2H4失去電子在負極參加反應。所以a電極為該原電池負極，b為正極。由上述分析可得負極反應基本物質關系為N2H4-e-→N2，電池內部質子交換膜能夠讓H+自由通過，則a極生成H+，b極消耗H+，負極配平過程中應當有H+生成，則電極方程式配平后答案為N2H4-4e-=N2+4H+。正確答案：負極、 N2H4-4e-=N2+4H+。