Question

【題目】在氮及其化合物的化工生產(chǎn)中，對有關(guān)反應(yīng)的反應(yīng)原理進(jìn)行研究有著重要意義。

(1)t℃時(shí)，關(guān)于N2、NH3的兩個(gè)反應(yīng)的信息如下表所示：

化學(xué)反應(yīng)	正反應(yīng)活化能	逆反應(yīng)活化能	t℃時(shí)平衡常數(shù)
N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H>0	a kJ/mol	b kJ/mol	K1
4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) △H<0	c kJ/mol	d kJ/mol	K2

請寫出t℃時(shí)氨氣被一氧化氮氧化生成無毒氣體的熱化學(xué)方程式：______________________，t℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為__________ (用K1和K2表示)。

(2)工業(yè)合成氨的原理為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)下圖甲表示在一定體積的密閉容器中反應(yīng)時(shí)，H2的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化。圖乙表示在其他條件不變的情況下，起始投料H2與N2的物質(zhì)的量之比(設(shè)為x)與平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的關(guān)系。

①圖甲中0～t1 min內(nèi)，v(N2)＝_____mol·L－1·min－1；b點(diǎn)的v(H2)正_____a點(diǎn)的v(H2)逆(填“大于”“小于”或“等于”)。

②己知某溫度下該反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)各物質(zhì)均為1 mol，容器體積為1L，保持溫度和壓強(qiáng)不變，又充入3 mol N2后，平衡________(填“向右移動(dòng)”“向左移動(dòng)”或“不移動(dòng)”)。

(3)①科學(xué)家研究出以尿素為動(dòng)力的燃料電池新技術(shù)。用這種電池可直接去除城市廢水中的尿素，既能產(chǎn)生凈化的水，又能發(fā)電。尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如圖所示，寫出負(fù)極電極反應(yīng)式：________________________________________________。

②理論上電池工作時(shí)，每消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L O2時(shí)，可產(chǎn)生的電量為________ (法拉第常數(shù)為96500C/ mol)。

Answer 1

【答案】4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g) △H=(c-d-5a+5b) kJ/mol K= mol/(Lmin) 大于 不移動(dòng) CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+ 38600c

【解析】

(1)已知△H=正反應(yīng)活化能-逆反應(yīng)活化能，則①N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H=(a-b)kJ/mol >0，②4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) △H=(c-d)kJ/mol <0，由蓋斯定律知：②-①×5得4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g)，據(jù)此計(jì)算反應(yīng)△H并寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)；

(2) ①圖甲中0～t1 min內(nèi)，H2的變化濃度為0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，由N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知N2的變化濃度為0.3mol/L×=0.1mol/L，再根據(jù)v(N2)＝計(jì)算；根據(jù)濃度越大，反應(yīng)速率越快判斷b點(diǎn)與a點(diǎn)的速率大小；

②己知某溫度下該反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)各物質(zhì)均為1 mol，容器體積為1L，則平衡常數(shù)K===1，保持溫度和壓強(qiáng)不變，又充入3 mol N2，此時(shí)容器的體積變?yōu)?/span>2L，則N2、H2和NH3的濃度瞬間變?yōu)?/span>2mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，根據(jù)Qc=判斷平衡移動(dòng)的方向；

(3)①由尿素燃料電池的結(jié)構(gòu)可知，正極上氧氣得到電子生成水，負(fù)極上尿素失去電子生成氮?dú)夂投�氧化碳�?/span>

②標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L O2的物質(zhì)的量為=0.1mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4mol，再計(jì)算產(chǎn)生的電量。

(1) 已知△H=正反應(yīng)活化能-逆反應(yīng)活化能，則①N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H=(a-b)kJ/mol >0，②4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) △H=(c-d)kJ/mol <0，由蓋斯定律知：②-①×5得4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g)，即△H=(c-d)kJ/mol -[(a-b)]kJ/mol×5=(c-d-5a+5b) kJ/mol，則t℃時(shí)氨氣被一氧化氮氧化生成無毒氣體的熱化學(xué)方程式為4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g) △H=(c-d-5a+5b) kJ/mol，t℃時(shí)此反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=；

(2)①圖甲中0～t1 min內(nèi)，H2的變化濃度為0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，由N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知N2的變化濃度為0.3mol/L×=0.1mol/L，則v(N2)＝==mol/(Lmin)；根據(jù)濃度越大，反應(yīng)速率越快可知b點(diǎn)的v(H2)正大于a點(diǎn)的v(H2)逆；

②己知某溫度下該反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)各物質(zhì)均為1 mol，容器體積為1L，則平衡常數(shù)K===1，保持溫度和壓強(qiáng)不變，又充入3 mol N2，此時(shí)容器的體積變?yōu)?/span>2L，則N2、H2和NH3的濃度瞬間變?yōu)?/span>2mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，根據(jù)Qc===1=K，則此時(shí)平衡不移動(dòng)；

(3)①由尿素燃料電池的結(jié)構(gòu)可知，負(fù)極上尿素失去電子生成氮?dú)夂投�氧化碳，�?fù)極反應(yīng)為CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+；

②標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L O2的物質(zhì)的量為=0.1mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4mol，則可產(chǎn)生的電量為96500C/ mol×0.4mol=38600c。