Question

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）圖1是1mol NO₂和1mol CO反應生成CO₂和NO過程中能量變化示意圖，請寫出NO₂和CO反應的熱化學方程式

NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）；△H=-234KJ/mol

（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，
陽極反應式為：3H₂-6e^-=6H⁺，則陰極反應式為

N₂+6H⁺=6e^-+2NH₃

．
（3）工業中常用以下反應合成氨：N₂+3H₂?2NH₃△H＜0．某實驗室在三個不同條件的密閉容器中，分別加入濃度均為c （N₂）=0.1mol/L，c （H₂）=0.3mol/L進行反應時，N₂的濃度隨時間的變化如下圖①、②、③曲線所示．
I．該反應實驗②平衡時H₂的轉化率為

40%

．
II．據圖2所示，②、③兩裝置中各有一個條件與①不同．請指出，并說明判斷的理由．③條件：

②與①相比加了催化劑；③與①相比溫度升高

理由：

因為加入催化劑能縮短達到平衡的時間，但化學平衡不移動，所以①②兩裝置達到平衡時N₂的濃度相同；
該反應為放熱反應，溫度升高，達到平衡的時間縮短，但平衡向逆反應方向移動，③中到達平衡時N₂的濃度高于①

．
（4）I．NH₄Cl溶液呈酸性，這是由于NH₄⁺水解的緣故．則NH₄Cl溶于重水（D₂O）生成一水合氨和水合氫離子的離子方程式是

NH₄⁺+D₂O=NH₃?HDO+D₃O⁺

．
II．常溫下，0.1mol?L^-1氨水與0.1mol?L^-1鹽酸溶液等體積混合（忽略混合后溶液體積的變化），則混合溶液中由水電離出的c（H⁺）

＞

 0.1mol?L^-1氨水溶液中由水電離出的c（OH^-）（填寫“＞”“=”或“＜”）

Answer 1

分析：（1）根據熱化學方程式的書寫方法和含義來回答；
（2）陰極電極反應=總反應-陽極電極反應；
（3）實驗②平衡時H₂的轉化率為α（H₂）=

氫氣濃度變化量

氫氣濃度的起始量

×100%，②到達平衡的時間比①短，到達平衡時N₂的濃度與①相同，化學平衡不移動；③到達平衡的時間比①短，到達平衡時N₂的濃度高于①，與①相比，平衡向逆反應方向移動；
（4）Ⅰ、根據水解的實質來書寫離子反應；
Ⅱ、能水解的鹽對水的電離起促進作用，酸或堿對水的電離起抑制作用．

解答：解：（1）根據圖示1mol NO₂和1mol CO反應生成CO₂和NO過程中能量變化為放出234KJ的能量，即熱化學方程式為：NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）；△H=-234KJ/mol，
故答案為：NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g）；△H=-234KJ/mol；
（2）總反應式為：N₂+3H₂

通電          .

(一定條件)

2NH₃，陽極反應式為：3H₂-6e^-=6H⁺，則陰極反應式=總反應-陽極反應=N₂+6H⁺=6e^-+2NH₃，故答案為：N₂+6H⁺=6e^-+2NH₃；
（3）Ⅰ、因為濃度變化量之比等于化學計量數之比，所以△c（H₂）=3△c（N₂）=3×（0.1-0.06 ）mol/L=0.12mol/L，
實驗②平衡時H₂的轉化率為α（H₂）=

氫氣濃度變化量

氫氣濃度的起始量

×100%=

0.12

0.3

×100%=40%，故答案為：40%；
Ⅱ、根據圖示的信息可知：②到達平衡的時間比①短，到達平衡時N₂的濃度與①相同，化學平衡不移動，故②與①相比加了催化劑，③到達平衡的時間比①短，到達平衡時N₂的濃度高于①，與①相比，平衡向逆反應方向移動，故③與①相比溫度升高，
故答案為：②與①相比加了催化劑；③與①相比溫度升高；因為加入催化劑能縮短達到平衡的時間，但化學平衡不移動，所以①②兩裝置達到平衡時N₂的濃度相同；該反應為放熱反應，溫度升高，達到平衡的時間縮短，但平衡向逆反應方向移動，③中到達平衡時N₂的濃度高于①；
（4）I、首先D₂O=D⁺+OD^-，再NH₄⁺+OD^-=NH₃?HDO，NH₄Cl溶于重水（D₂O）生成一水合氨和水合氫離子的離子方程式是：NH₄⁺+D₂O=NH₃?HDO+D₃O⁺，故答案為：NH₄⁺+D₂O=NH₃?HDO+D₃O⁺；
Ⅱ、0.1mol?L^-1氨水與0.1mol?L^-1鹽酸溶液等體積混合（忽略混合后溶液體積的變化），得到濃度為0.05mol/L的氯化銨溶液混合溶，氯化銨對水的電離起到促進作用，0.1mol?L^-1氨水溶液中水的電離受抑制，所以混合溶液中由水電離出的c（H⁺）大于0.1mol?L^-1氨水溶液中由水電離出的c（OH^-），故答案為：＞．

點評：本題是一道熱化學、電化學、化學平衡和鹽的水解知識相結合的綜合題目，考查角度廣，難度很大．