Question

（14分）合成氨是人类研究的重要课题，目前工业合成氨的原理为：
合成氨是人类研究的重要课题，目前工业合成氨的原理为：
N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol-1，在3个2L的密闭容器中，使用相同的催化剂，按不同方式投入反应物，分别进行反应：
相持恒温、恒容，测的反应达到平衡时关系数据如下：

容器	甲	乙	丙
反应物投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	2mol NH3
达到平衡的时间/min		6	8
平衡时 N2的体积密度	C1	1.5
混合气体密度/g·L-1
平衡常数/ L2·mol-2	K甲	K乙	K丙

（1）下列各项能说明该反应已到达平衡状态的是            （填写序号字母）
a.容器内H₂、N₂、NH₃的浓度只比为1：3：2    b.容器内压强保持不变
c.                          d.混合气体的密度保持不变
e.混合气体的平均相对分子质量不变
（2）容器乙中反应从开始到达平衡的反应速度为=             
（3）在该温度下甲容器中反应的平衡常数K           （用含C₁的代数式表示）
（4）分析上表数据，下列关系正确的是       （填序号）：
a.     b.氮气的转化率：          c.     d.
（5）另据报道，常温、常压下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，生成NH₃和O₂。已知：H₂的燃烧热△H=-286KJ/mol，则由次原理制NH₃反应的热化学方程式为   
（6）希腊阿里斯多德大学的George Mamellos和Michacl Stoukides,发明了一种合成氨的新方法，在常压下，把氢气和用氨气稀释的氮气分别通入一个加热到的电解池，李勇能通过的氢离子的多孔陶瓷固体作电解质，氢气和氮气在电极上合成了氨，转化率达到78%，在电解法合成氨的过程中，应将N₂不断地通入  极，该电极反应式为                 。

Answer 1

（14分，每空2分）（1）be（全对2分，对1个得1分，有错不得分）
（2）0.25mol/(L·min)（单位不写或错写扣1分）
（3）K=4（1-C₁）²/C₁·(3C₁-1.5)³
（4）C
（5）2N₂(g)+6H₂O(l)="4" NH₃(g)+3 O₂(g)△H=+1530kJ·mol^-1
（6）阴 N₂+6H⁺++6e^-==2 NH₃

解析试题分析：（1）合成氨反应是反应前后气体物质的量发生变化的可逆反应，所以压强不变时证明已达平衡状态，b正确；容器内的各物质的浓度比符合化学计量数之比时未必是平衡状态，a错误；根据好好的定义，正逆反应速率相等时达平衡状态，氢气的反应速率是氮气反应速率的3倍，c错误；容器的体积不变，所以气体的密度始终不变，d错误；气体的质量不变，而气体的总物质的量变化，当平均相对分子质量不变时已达平衡状态，e正确，答案选be；
（2）根据氮气的体积密度即浓度可计算平衡时氮气的物质的量为3mol，则消耗氮气的物质的量是1mol，氢气的物质的量是3mol，所以用氢气表示的反应速率为3mol/2L/6min="0.25" mol/(L·min);
（3）氮气、氢气的起始浓度分别为1mol/L、1.5mol/L,根据氮气平衡时的浓度可计算消耗氮气的浓度为1- C₁，消耗氢气的浓度是3（1- C₁），生成氨气的浓度为2（1- C₁），根据化学平衡常数的表达式可得K_甲=c(NH₃)²/c(N₂)c(H₂)³=4（1-C₁）²/C₁·(3C₁-1.5)³
（4）A、乙容器的反应物浓度是甲容器的2倍，保持恒温、恒容，乙容器相当于在2个甲的基础上又正向移动，氮气的浓度减小，所以2 C₁>1.5mol/L,错误；B、把丙的2mol氨气转化为3mol氢气和1mol氮气与丙达到的平衡是等效的。甲与丙相比，甲的氢气浓度大，氮气的转化率高，错误；C、乙容器的气体质量是甲容器的气体质量的2倍，容器的体积都为2L，所以，正确；D、三个容器的温度相同，则化学平衡常数相等，错误，答案选C；
（5）根据盖斯定律N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1，①
2 H₂（g）+O₂（g）="2" H₂O(l) △H="-572" kJ?mol^-1  ②
则2N₂(g)+6H₂O(l)="4" NH₃(g)+3 O₂(g)的△H=①×2-②×3="+1530" kJ?mol^-，所以所求热化学方程式为
2N₂(g)+6H₂O(l)="4" NH₃(g)+3 O₂(g)△H=+1530kJ·mol^-1
（6）氮气中的N元素化合价为0，氨气中的N元素的化合价为-3，所以氮气发生还原反应，则氮气是电解池的阴极；发生的电极反应式为N₂+6H⁺++6e^-==2 NH₃
考点：考查化学平衡状态的判断，化学平衡常数的计算，盖斯定律的应用，电化学原理的应用，反应速率的计算