Question

【题目】氨气有广泛用途，工业上利用反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H<0合成氨，回答以下问题：

（1）某小组为了探究外界条件对反应的影响，以c0 mol/L H2参加合成氨反应，在a、b两种条件下分别达到平衡，如图A。

①a条件下，0～t0的平均反应速率v(H2)=_____________mol·L-1·min-1。

②相对a而言，b可能改变的条件是________________。

③在a条件下t1时刻将容器体积压缩至原来的1/2，t2时刻重新建立平衡状态。请在答题卡相应位置画出t1时刻后c(H2)的变化曲线并作相应的标注。_____________

（2）某小组往一恒温恒压容器充入9mol N2和23mol H2模拟合成氨反应，图B为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强（p）的关系图。

① 比较T1、T3的大小T1__________T3（填“<”或“>”）。

②分析体系在T2、60MPa下达到的平衡，此时N2的平衡分压为_______MPa（分压＝总压×物质的量分数）；列式表示此时的平衡常数Kp=______________。（用平衡分压代替平衡浓度，不要求计算结果）

（3）有人利用NO2和NH3构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放减少环境污染，又能充分利用化学能进行粗铜精炼，如图C所示，d极为粗铜。

① a极通入________(填化学式)；

② b极电极反应为_____________________________。

Answer 1

【答案】 （c0-c1）/t0 增大c(N2) < 9 NO2 2NH3—6e—+6OH—=N2+6H2O

【解析】（1）①根据图像可知，0～t0的平均反应速率v(H2)=（c0-c1）/t0 mol·L-1·min-1；正确答案：（c0-c1）/t0。

②从图像可出：达到平衡时，氢气的平衡浓度变小，时间缩短，速率加快；增大压强，平衡右移，但是氢气浓度增大，与题意矛盾；增加氮气的浓度，平衡右移，氢气的转化率增大，速率加快，符合题意；正确答案：增大c(N2)。

③体积缩小1/2，氢气的浓度会从c1突增到2 c1，然后根据缩小体积、增大压强，平衡右移，氢气的浓度减少但始终在c1与2 c1之间；正确答案：。

（2）①该反应为放热反应，当压强不变的情况下，降低温度，平衡右移，氨气的体积分数增大，从图像看出，T1小于T3；正确答案：<。

②设氮气的变化量为xmol,根据反应

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量 9 23 0

变化量 x 3 x 2 x

平衡量 9- x 23-3x 2 x

氨气的体积分数= 2x÷(9- x+ 23-3x+2x)=60%,解之x=6mol；把x=6带入下式可得：N2的物质的量分数=（9- x）÷(9- x+ 23-3x+2x)=3/20，此时N2的平衡分压为60×3/20=9；H2的物质的量分数=（23-3x）÷(9- x+ 23-3x+2x)=1/4, 此时H2的平衡分压为60×1/4=15；NH3的物质的量分数60%，此时NH3的平衡分压为60×60%=36；此时的平衡常数Kp=；正确答案：9；。

（3）粗铜精炼中，粗铜做电解池的阳极，因此与d 极相连的a极为原电池的正极，发生还原反应，NO2和NH3反应生成氮气和水，NO2中+4价氮元素降低到0价，被还原；因此a极通入NO2；b极为原电池的负极，氨气在此极发生氧化反应生成氮气，极反应为2NH3—6e—+6OH—=N2+6H2O；正确答案：NO2；2NH3—6e—+6OH—=N2+6H2O。