Question

（2010?青島二模）氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用．請回答下列問題：
（1）用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
若1mol CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中放出的熱量為867kJ，則△H₂=

-1160kJ?mol^-1

；
（2）工業合成氨氣需要的反應條件非常高且產量低，而一些科學家采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺ ）實現氨的電化學合成，從而大大提高了氮氣和氫氣的轉化率．電化學合成氨過程的總反應式為：N₂+3H₂ 

通電      .

一定條件

 2NH₃，則在電化學合成氨的過程中，陰極反應式為

N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃

；
（3）在一定條件下，將l mol N₂與3mol H₂混合于一個10L密閉容器中，反應達到平衡時，A點混合氣體中氨占25%，
試回答：①N₂的轉化率為

40%

；
②右圖中在狀態A時，平衡常數 K_A

0.082

0.06×0.183

（填寫代入數值的表達式，不要求算出具體數值）；當溫度由T₁變化到T₂時，K_A

＞

 K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．
③在容積固定的密閉容器中發生上述反應，各物質的濃度如下表：

時間/min 濃度/mol．L	c （N2）	c （H2）	c （NH3）
0	0.6	1.8	0
3	0.52	x	0.16
6	0.36	1.08	0.48
9	0.36	1.08	0.48

反應從0min到3min之間，H₂的反應速率為

0.08mol?L^-1?min^-1

；反應在3min時，條件發生了改變，改變的條件可能是

a

 （填序號）．
a．使用催化劑  b．降低溫度  c．增加H₂的濃度．

Answer 1

分析：（1）根據蓋斯定律以及熱化學方程式的意義來解答；
（2）根據題目信息以及陰極得電子發生還原反應；
（3）①結合方程式N₂+3H₂

通電      .

一定條件

2NH₃，利用平衡三部曲和氨的體積分數求出各物質的物質的量，根據轉化率的定義求解；
②根據平衡常數的表達式；根據溫度對化學平衡的影響；
③先根據速率公式求出N₂的反應速率，然后根據速率之比等于化學計量數之比，求出H₂的反應速率；根據表可知第3min是平衡建立過程，反應速率加快，H₂的量沒有增加，，根據外界條件對化學反應速率的影響；

解答：解：（1）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1    ①
        CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂                ②
根據蓋斯定律得：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）+2N₂（g）△H₁+△H₂                    
而 1mol CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中放出的熱量為867kJ，所以△H₁+△H₂=-1734kJ?mol^-1，則△H₂=-1734kJ?mol^-1+574kJ?mol^-1=-1160 kJ?mol^-1，故答案為：-1160kJ?mol^-1；        
（2）陰極得電子發生還原反應：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃
（3）①N₂ +3H₂   

通電      .

一定條件

   2NH₃
起始（mol）      1         3                    0
反應（mol）      a         3a                   2a
平衡（mol）     1-a       3-3a                  2a
因混合氣體中氨占25%，則

2a

(1-a)+(3-3a)+ 2a

×100%=25%，解得：a=0.4，
N₂的轉化率為

0.4

1

×100%=40%，故N₂的轉化率為40%；
②平衡常數 K_A=

C2(NH3)

C(N2 )C3(H2)

=

0.082

0.06×0.183

，故答案為：

0.082

0.06×0.183

；升高溫度平衡向吸熱的方向移動，即逆反應方向移動，平衡常數減小，故答案為：＞；
③N₂的反應速率為V=

△C

△t

=

0.08

3

mol?L^-1?min^-1_，而V（H₂）=3V（N₂）=0.08 mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.08 mol?L^-1?min^-1；
③根據表可知第2min是平衡建立過程，反應速率加快，H₂的量沒有增加，根據外界條件對化學反應速率的影響，可知使用催化劑、升高溫度均可，增加H₂的濃度是不可，故選：a；

點評：本題考查的是等效平衡及化學平衡的有關計算，難度不大，根據課本知識即可完成．