Question

氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用．请回答下列问题：
（1）用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
若1mol CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为867kJ，则△H₂=______；
（2）工业合成氨气需要的反应条件非常高且产量低，而一些科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺ ）实现氨的电化学合成，从而大大提高了氮气和氢气的转化率．电化学合成氨过程的总反应式为：N₂+3H₂  2NH₃，则在电化学合成氨的过程中，阴极反应式为______；
（3）在一定条件下，将l mol N₂与3mol H₂混合于一个10L密闭容器中，反应达到平衡时，A点混合气体中氨占25%，
试回答：①N₂的转化率为______；
②右图中在状态A时，平衡常数 K_A______（填写代入数值的表达式，不要求算出具体数值）；当温度由T₁变化到T₂时，K_A______ K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．
③在容积固定的密闭容器中发生上述反应，各物质的浓度如下表：

时间/min 浓度/mol．L	c （N2）	c （H2）	c （NH3）
	0.6	1.8
3	0.52	x	0.16
6	0.36	1.08	0.48
9	0.36	1.08	0.48

反应从0min到3min之间，H₂的反应速率为______；反应在3min时，条件发生了改变，改变的条件可能是______ （填序号）．
a．使用催化剂  b．降低温度  c．增加H₂的浓度．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据盖斯定律以及热化学方程式的意义来解答；
（2）根据题目信息以及阴极得电子发生还原反应；
（3）①结合方程式N₂+3H₂2NH₃，利用平衡三部曲和氨的体积分数求出各物质的物质的量，根据转化率的定义求解；
②根据平衡常数的表达式；根据温度对化学平衡的影响；
③先根据速率公式求出N₂的反应速率，然后根据速率之比等于化学计量数之比，求出H₂的反应速率；根据表可知第3min是平衡建立过程，反应速率加快，H₂的量没有增加，，根据外界条件对化学反应速率的影响；
解答：解：（1）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1    ①
        CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂                ②
根据盖斯定律得：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）+2N₂（g）△H₁+△H₂                    
而 1mol CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为867kJ，所以△H₁+△H₂=-1734kJ?mol^-1，则△H₂=-1734kJ?mol^-1+574kJ?mol^-1=-1160 kJ?mol^-1，故答案为：-1160kJ?mol^-1；        
（2）阴极得电子发生还原反应：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃
（3）①N₂ +3H₂       2NH₃
起始（mol）      1         3                    0
反应（mol）      a         3a                   2a
平衡（mol）     1-a       3-3a                  2a
因混合气体中氨占25%，则×100%=25%，解得：a=0.4，
N₂的转化率为×100%=40%，故N₂的转化率为40%；
②平衡常数 K_A==，故答案为：；升高温度平衡向吸热的方向移动，即逆反应方向移动，平衡常数减小，故答案为：＞；
③N₂的反应速率为V==mol?L^-1?min^-1_，而V（H₂）=3V（N₂）=0.08 mol?L^-1?min^-1，
故答案为：0.08 mol?L^-1?min^-1；
③根据表可知第2min是平衡建立过程，反应速率加快，H₂的量没有增加，根据外界条件对化学反应速率的影响，可知使用催化剂、升高温度均可，增加H₂的浓度是不可，故选：a；
点评：本题考查的是等效平衡及化学平衡的有关计算，难度不大，根据课本知识即可完成．