Question

现在普遍应用的工业合成氨的方法是哈伯于1905年发明的，但此法反应物的转化率不高．
（1）合成氨反应的化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），在一定温度下，向容积不变（始终为10L）的密闭容器中加入2mol N₂、8mol H₂及固体催化剂．10分钟后反应达到平衡状态，容器内气体压强变为起始的80%，此时氨气的体积分数为

 

，用氮气表示的反应速率为：

 

．反应的化学平衡常数K=

 

 若想提高氨气的产率，根据化学平衡移动原理，请提出合理的建议：

 

（任意写一条）．
（2）在上述平衡中，若再加入2mol NH₃、2mol N₂，则此时反应平衡将

 

移动．（填“向正方向”、“向逆方向”或“不”）．
（3）已知：0.01mol/L氨水溶液50ml与同浓度同体积的盐酸混合，则溶液中各离子浓度的大小为：

 

．若再往混合溶液中再加入0.01mol/L氨水溶液50ml，c（Cl^-）-c（NH₄⁺）=

 

；（用溶液中微粒浓度表示等式）
（4）已知：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
氨催化氧化生成NO和水的热化学方程式为

 

（5）随着对合成氨研究的发展，2001年两位希腊化学家提出了电解合成氨的方法，即在常压下把氢气和用氦气稀释的氮气，分别通入一个加热到570℃的电解池中，采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现了常压、570℃条件下高转化率的电解法合成氨（装置如图）
请回答：在电解法合成氨的电解池中

 

（填“能”或“不能”） 用水作电解质溶液的溶剂，原因是

 

．钯电极A是电解池的

 

极（填“阳”或“阴”），该极上的电应式是

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,化学平衡的影响因素,电解原理

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）令参加反应的氮气的物质的量为amol，利用三段式表示出各物质的变化量、平衡时物质的量，利用压强之比等于物质的量之比列方程计算a，氨气的体积分数=

平衡时氨气的物质的量

平衡时混合气体总物质的量

；根据v=

△n V

△t

计算v（N₂）；根据k=

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

计算平衡常数；要提高氨气的产率，应改变条件，使平衡向正反应方向移动；
（2）再加入2mol NH₃、2mol N₂，计算此时的浓度商，与平衡常数比较判断；
（3）0.01mol/L氨水溶液50ml与同浓度同体积的盐酸混合，所得溶液为NH₄Cl溶液，溶液中铵根离子水解，溶液呈碱性，据此判断溶液中各离子浓度的大小；根据电荷守恒计算c（Cl^-）-c（NH₄⁺）；
（4）根据盖斯定律书写目标热化学方程式；
（5）新法合成氨电解池的反应温度是570℃时，水为水蒸气；
由图可知，氮气在钯电极A上获得电子与B电极产生的氢离子生成氨气，发生还原反应，为电解池的阴极．

解答： 解：（1）令参加反应的氮气的物质的量为amol，则：
           N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
开始（mol）：2       8         0
转化（mol）：a       3a       2a
平衡（mol）：2-a     8-3a      2a
故2-a+8-3a+2a=（2+8）×80%，解得a=1
所以，氨气的体积分数=

2×1mol

(2mol+8mol)×80%

=25%，
v（N₂）=

1mol 10L

10min

=0.01mol/（L?min），
平衡时，氮气的浓度为

2mol-1mol

10L

=0.1mol/L、氢气浓度=

8mol-3mol

10L

=0.5mol/L、氨气浓度=

2mol

10L

=0.2mol/L，故平衡常数k=

0．22

0.1×0．53

=3.2，
若想提高氨气的产率，化学平衡向右移动，可以是增大氢气浓度或增大氮气浓度或增大反应物浓度或降温或增大压强或及时转移走生成的氨，
故答案为：25%；0.01mol/（L?min）；3.2；增大氢气浓度（或增大氮气浓度或增大反应物浓度或降温或增大压强或及时转移走生成的氨）；
（2）再加入2mol NH₃、2mol N₂，此时，氮气的浓度为0.1mol/L+

2mol

10L

=0.3mol/L，氢气浓度不变为0.5mol/L，氨气浓度=

2mol

10L

+0.2mol/L=0.4mol/L，此时的浓度商Qc=

0．42

0.3×0．53

=4.27，大于平衡常数，故平衡向逆反应方向移动，
故答案为：向逆方向；
（3）0.01mol/L氨水溶液50ml与同浓度同体积的盐酸混合，所得溶液为NH₄Cl溶液，溶液中铵根离子水解，溶液呈碱性，故溶液中各离子浓度的大小为c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），根据电荷守恒可知c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），故c（Cl^-）-c（NH₄⁺）=c（H⁺）-c（OH^-），
故答案为：c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；c（H⁺）-c（OH^-）；
（4）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ/mol
②N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
根据盖斯定律，①+②×2得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol
故答案为：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol；
（5）新法合成氨电解池的反应温度是570℃时，水为水蒸气，故在电解法合成氨的电解池中不能用水作电解质溶液的溶剂；
由图可知，氮气在钯电极A上获得电子与B电极产生的氢离子生成氨气，发生还原反应，为电解池的阴极，阴极电极反应式为：N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃，
故答案为：不能；新法合成氨电解池的反应温度是570℃时，水为水蒸气；阴； N₂+6e^-+6H⁺═2NH₃．

点评：本题以合成氨为载体，考查化学平衡计算及影响因素、反应速率计算、平衡常数计算与应用、离子浓度比较、热化学方程式、电解原理等，题目比较综合，侧重考查学生对知识的迁移应用，难度中等．