Question

(14分)氨是重要的化工產品之一，研究合成氨反應具有重要意義。

(1) 已知斷裂下列化學鍵需要吸收的能量分別為：

，寫出以N₂(g)和H₂(g)為原料合成NH₃(g)的熱化學方程式_______________

 (2) 某小組研究了其他條件不變時，改變某一條件對上述反應的影響，實驗結果如下圖所示：

①t₁時刻改變的條件為__________________

②t₂時刻，恒壓充入氦氣,t₃時刻達到平衡。在圖中畫出t₂時刻后的速率變化圖像。

(3) 相同溫度下，A、B、C三個密閉容器，A、B恒容，C帶有可自由移動的活塞K，各向其 中充人如圖所示反應物，初始時控制活塞K，使三者體積相等，一段時間后均達到平衡。

①達到平衡時，A、C兩個容器中NH₃的濃度分別為c_l、c₂，則c₁______c₂(填“>”、“<”或“=”)。

②達到平衡時，若A、B兩容器中反應物的轉化率分別為，則 ______1(填“ >”、“<”或“=”）。

③達到平衡時，若容器C的體積是起始時的，則平衡時容器C中H₂的體積分數為_______

(4) 直接供氨式堿性燃料電池（DAFC)，以KOH溶液為電解質溶液，其電池反應為 4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，則負極的電極反應式為__________________。

 

Answer 1

【答案】

(1)N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H＝ －90.8 kJ·mol^－1 （2分）

(2)①升高溫度  （2分） ②  （2分）

(3)①  <（2分）   ② ＜ （2分）    ③50% （2分）  (4)2NH₃—6e^—+6OH^—＝N₂+6H₂O （2分）

【解析】（1）考查反應熱的計算。反應熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學鍵所放出的能量的差值，所以生成2mol氨氣的反應熱是946kJ/mol＋436 kJ/mol×3－390.8 kJ/mol×3×2＝－90.8 kJ/mol，所以熱化學方程式為N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H＝ －90.8 kJ·mol^－1。

（2）①根據圖像可知，t₁時刻正逆反應速率均是增大，但逆反應速率大于正反應速率，說明平衡向逆反應方向移動，由于正反應是體積減小的、放熱的可逆反應，因此改變的條件是升高溫度。

②t₂時刻，恒壓充入氦氣，則容器容積必然增大，所以物質的濃度降低，反應速率降低，平衡向逆反應方向移動，所以圖像是（見答案）。

（3）①根據方程式可知，在反應過程中，壓強是減小的，所以C中的壓強大于A中的壓強，壓強大有利于平衡向生成氨氣的正反應方向進行，所以C中氨氣的濃度大于A中氨氣的濃度。

②B中相當于是在A的基礎上縮小容器的容積，增大壓強，平衡向正反應方向移動，氨氣的轉化率降低，所以＜1。

③               N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)

起始量（mol）    1      3       0

轉化量（mol）    x      3x      2x

平衡量（mol）  1－x   3－3x     2x

所以有4×3/4＝1－x＋3－3x＋2x，解得x＝0.5，所以氫氣的體積分數是1.5÷3×100％＝50％。

（4）原電池中反應失去電子，所以氨氣在負極通入。由于電解質是氫氧化鉀，所以負極電極反應式為)2NH₃—6e^—+6OH^—＝N₂+6H₂O。