Question

19．一定温度下，在 5L 的密闭容器中发生如下反应：N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃（g），起初充入的 3.0mol N2 和 6.0mol H₂，5 分钟后达到平衡，此时容器内压强是开始时的 $\frac{2}{3}$，问：
（1）氢气的平衡转化率为75%；
（2）用氨气表示 5min 内的反应速率为0.12mol/（L•min）
（3）若要使氮气和氢气的平衡转化率相等，起始投料要求 n（H₂ ）：n（N₂ ）为3：1
（4）以下措施能加快反应速率的是AD
A．缩小体积，使压强增大B．恒温恒容充入 He 使压强增大
C．恒温恒压充入 HeD．平衡后加入催化剂
（5）如果利用此反应设计成原电池，并用稀硫酸做电解液，分别写出正、负极的电极反应 式：H₂-2e^-=2H⁺、N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺．

Answer 1

分析 根据三段式解题法，表示出反应混合物各组分物质的量的变化量、平衡时各组分的物质的量．
令参加反应的氮气的物质的量为nmol，则：
　　　　　 　N₂+3H₂?2NH₃，
开始（mol）：3　 　 6　　　　0
变化（mol）：n　　  3n　　　　2n
平衡（mol）：3-n     6-3n            2n
压强之比等于物质的量之比，所以（3-n+6-3n+2n）mol=（3+6）mol×$\frac{2}{3}$，解得n=1.5，以此解答该题；
（1）转化率=$\frac{变化物质的量}{起始物质的量}$×100%；
（2）反应速率=$\frac{△c}{△t}$；
（3）借助氮气与氢气的变化量及转化率=$\frac{变化物质的量}{起始物质的量}$×100%判断；
（4）结合影响反应速率的因素温度、浓度、压强及催化剂判断；
（5）原电池的负极发生氧化反应，而正极发生还原反应，并结合电解质溶液书写电极反应式．

解答 解：根据三段式解题法，表示出反应混合物各组分物质的量的变化量、平衡时各组分的物质的量．
令参加反应的氮气的物质的量为nmol，则：
　　　　　 　N₂+3H₂?2NH₃，
开始（mol）：3　 　 6　　　　0
变化（mol）：n　　  3n　　　　2n
平衡（mol）：3-n     6-3n            2n
压强之比等于物质的量之比，所以（3-n+6-3n+2n）mol=（3+6）mol×$\frac{2}{3}$，解得n=1.5，以此解答该题；
（1）氢气的转化率=$\frac{变化物质的量}{起始物质的量}$×100%=$\frac{3×1.5mol}{6mol}$×100%=75%，故答案为：75%；
（2）用氨气表示 5min 内的反应速率为$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{3mol}{5L}}{5min}$=0.12mol/（L•min），故答案为：0.12mol/（L•min）；
（3）反应中氮气和氢气的变化量始终是1：3，根据转化率=$\frac{变化物质的量}{起始物质的量}$×100，欲使氮气和氢气的平衡转化率相等，起始投料要求 n（H₂ ）：n（N₂ ）=3：1，故答案为：3：1；
（4）A．缩小体积，使压强增大，浓度增大，反应速率增大，故A正确；B．恒温恒容充入 He 使压强增大，不影响反应物和生成物的浓度，速率不变，故B错误；
C．恒温恒压充入 He，体积增大，浓度减小，反应速率降低，故C错误；D．平衡后加入催化剂，反应速率增大，故D正确，答案为：AD；
（5）原电池中发生的反应为N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃（g），并用稀硫酸做电解液，负极发生氧化反应，电极反应式为：H₂-2e^-=2H⁺，正极发生还原反应，电极反应式为：N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺，
故答案为：H₂-2e^-=2H⁺；N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺．

点评 本题考查化学平衡的有关计算及原电池电极反应式书写，为高考常见题型，侧重考查学生的分析能力和计算能力，题目涉及主要是反应速率，转化率等概念的理解应用，难度不大，注意基础知识的掌握与三段式解题法的运用．