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。
（1）在固定容積的密閉容器中，進行如下化學反應：N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g） △H=—92．4kJ/mol，
其平衡常數K與溫度T的關系如下表：

T/K	298	398	498
平衡常數K	4.1×106	K1	K2

 
試判斷K₁       K₂（填寫“>” “ =”或“<”）。
（2）用2mol N₂和3mol H₂合成氨，三容器的反應溫度分別為T₁、T₂、T₃且恒定不變，在其它條件相同的情況下，實驗測得反應均進行到t min時N₂的質量分數如圖所示，此時甲、乙、丙三個容器中一定達到化學平衡狀態的是        ，都達到平衡狀態時，N₂轉化率最低的是   。

（3）NH₃與CO₂在120^oC，催化劑作用下可以合成反應生成尿素：CO₂ +2NH₃（NH₂）₂CO +H₂O
在密閉反應容器中，混合氣體中NH₃的含量變化關系如圖所示

（該條件下尿素為固體）。則A點的正反應/速率（CO₂）      B點的逆反應速率（CO₂）（填寫“>”“=”或“<”），NH₃的平衡轉化率為____         ；
（4）已知下列熱化學方程式：
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（1）   △H = -571．6kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）2NO（g）    △H =+180kJ/mol
請寫出用NH₃還原NO的熱化學方程式_                 ；
（5）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質和水，試寫出該反應的化學方程式____     。科學家利用此原理，設計成氨氣－氧氣燃料電池，則通人氨氣的電極是        （填“正極”或“負極”），在堿性條件下，通人氨氣的電極發生的電極反應式為                                  。

Answer 1

(1)  >;
(2)丙 丙
（3）> 75%
(4) 6NO(g)+4NH₃(g)=5N₂(g)+6H₂O(l)  ΔH=-2070KJ/mol
(5)4NH₃+5O₂4N₂+6H₂O  負  2NH₃+ 6e^-+6OH^-= N₂+6H₂O

試題分析：(1)由該反應的熱化學方程式N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g） △H=—92.4kJ/mol可以看出：該反應的正反應為氣體體積減小的放熱反應。根據平衡移動原理：升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動。即向逆反應方向移動。而化學平衡常數是可逆反應達到平衡狀態時各生成物的濃度的冪指數的乘積與各反應物濃度冪指數乘積的比。升高溫度，平衡向逆反應方向移動，化學平衡常數減小。所以K₁>K₂。（2）該反應是從正反應方向開始的，所以隨著反應的進行，N₂的濃度逐漸減小，其含量也在不斷降低，當反應達到平衡時達到最小值。此后，隨著反應溫度的升高，化學平衡逆向移動，N₂的濃度逐漸增大，其含量也在不斷增多。由于T₃比T₂時多，說明T₃的狀態丙是已經達到平衡狀態的，T₂時是否達到平衡狀態不能確定。若三者都達到平衡狀態。由于溫度T₁< T₂<T₃。升高溫度，化學平衡向逆反應方向移動，N₂的轉化率降低。所以在都達到平衡狀態時，N₂轉化率最低的是丙。（3）反應從正反應方向開始，由于在B點后達到了平衡狀態，而A點還沒有達到平衡狀態，所以A點的正反應/速率（CO₂）>B點的逆反應速率（CO₂）。在反應開始時，假設CO₂與NH₃的物質的量均為1mol.在反應過程中CO₂消耗的物質的量為x,則NH₃消耗量為2x,產生的水蒸氣的物質的量為x,平衡時這三種氣體的物質的量為(1-x)mol;(1-2x)mol; xmol.因為在平衡時NH₃的含量為20%.所以；解得。所以NH₃平衡轉化率為×100%=75%。給三個方程式進行編號。①N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g） △H=—92．4kJ/mol，②2H₂（g）+O₂（g）   2H₂O（1）   △H = -571．6kJ/mol； ③N₂（g）+O₂（g） 2NO（g）△H =+180kJ/mol。②×3-①×2-③×3.整理可得：6NO(g)+4NH₃(g)=5N₂(g)+6H₂O(l) ΔH=-2070KJ/mol。（5）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質和水，試寫出該反應的化學方程式4NH₃+5O₂4N₂+6H₂O。在燃料電池中，通入燃料的電極為負極，通入氧氣的電極為正極。在堿性條件下，通人氨氣的電極發生的電極反應式為2NH₃+ 6e^-+6OH^-= N₂+6H₂O。通入O₂的電極反應式為O₂+4e-+2H₂O=4OH^-。