Question

【题目】氨气及含氮化合物在化工生产和国防工业中具有广泛应用。请回答：

（1）已知：（i）氢气的燃烧热为286.0 kJ mol-1

(ii)4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O △H=-1530.6kJmol-1。

①合成氨反应的热化学方程式为__________________________________。

②对于反应(ii)，正、逆反应活化能的大小关系为：E正_______E逆 (填>、=或<)。

（2）恒温恒容条件下，起始按物质的量之比为1 : 1向密闭容器中充入N2(g)和H2(g)，发生合成氨的反应。达平衡后，N2(g)的体积分数为_________；然后只降低温度，N2(g)的体积分数会______（填选项字母）。

A.增大 B.减小 C.不变 D.不能判断

（3）T℃ 时，CO2(g)和 NH3(g)合成尿素的原理为 2NH3(g)+ CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)。在2 L恒容密闭容器中，通入1.2 mol NH3(g)和0.6 mol CO2(g)，2 min时反应恰好达到平衡，测得c(NH3)=0.2mol L-1

①0-2 min内，用NH3表示的反应速率v(NH3)=___________；反应的平衡常数K=__________。

②若其他条件不变，2 min时将容器体积迅速压缩到1 L，在3 min时重新达到平衡，请在图1中画出23 min内c(NH3)随时间(t)变化的曲线关系图：__________。

（4）电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染，电化学降解NO3-的原理如图2所示：

①电源正极为___________(填“A”或“B”)，阴极反应式为________________________________。

②若电解过程中转移了 1 mol e-，则膜两侧电解液的质量变化差值（Δm正-Δm右）为________g。

Answer 1

【答案】 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.7 kJ·mol－1 < 50% C 0.2 mol·L－1·min－1 250 A 2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－ 7.2

【解析】（1）①已知：（i）氢气的燃烧热为286.0 kJ mol-1，则H2(g)+ O2(g)=H2O(g) △H1=-286.0kJmol-1，(ii)4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O △H2=-1530.6kJmol-1，根据盖斯定律，由①×3-②×可得反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝△H1×3-△H2×=-286.0kJmol-1×3-（-1530.6kJmol-1）×=－92.7 kJ·mol－1；②对于反应(ii) 4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O △H=-1530.6kJmol-1，反应为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，反应物达到活化分子所需要能量低，故正、逆反应活化能的大小关系为：E正<E逆；（2）开始 (N2)= ×100%=50%，设开始氮气、氢气的物质的量分别为1mol、1mol，则

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

初始量 1 1 0

转化量 x 3x 2x

平衡量 1-x 1-3x 2x

平衡后氮气的体积分数为×100%=50%，则氮气的体积分数恒为50%；由此可见，平衡时氮气的体积分数保持不变，答案选C；

（3）① 2NH3(g)+ CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)

初始量（mol/L） 0.6 0.3 0 0

转化量（mol/L） 0.4 0.2 0.1 0.1

平衡量（mol/L） 0.2 0.1 0.1 0.1

v(NH3)= =0.2 mol·L－1·min－1；K===250；

②若其他条件不变，2 min时将容器体积迅速压缩到1 L，此时c(NH3)=0.4 mol/L，保持T℃不变，则3 min平衡时c(NH3)仍为，故图象为：；（4）由图示知在Ag-Pt电极NO3-上发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极；在阴极反应是NO3-得电子发生还原反应生成N2，利用电荷守恒与原子守恒知阴极上发生的电极反应式为：2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－；②转移1mol电子时，阳极产生氧气8g，并产生1gH+进入阴极室，阳极室质量减少9g，阴极室中放出0.1molN2，质量减少2.8g，同时有1molH+进入阴极室，阴极室质量共减少1.8g，若电解过程中转移了1mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差值（Δm正-Δm右）为9g-1.8g=7.2g。