Question

4．（1）氨在国民经济中占有重要地位．
工业合成氨的反应原理为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
①若起始时向容器内放入2mol N₂和6mol H₂，达平衡后放出的热量为Q，则Q＜184.8kJ（填“＞”、“＜”或“=”）．
②已知：
1mol N-H键断裂吸收的能量为391kJ．
③某温度下，把10mol N₂与28mol H₂置于容积为10L的密闭容器内，10min时反应达到平衡状态，测得氮气的平衡转化率为60%，则10min内该反应的平均速率v（H₂）=0.18mol•L^-1•min^-1，该温度下反应的平衡常数K=3.6．欲增大氮气的平衡转化率，可采取的措施有增大压强、增加氢气的浓度、移走氨气、降温等（写一种措施即可）．
（2）某课外小组用如图所示装置对电解原理进行实验探究．用右图所示装置进行实验．实验过程中，两极均有气体产生，Y极区产生氧气，同时Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清．查阅资料发现，高铁酸根（FeO₄^2-）在溶液中呈紫红色．
①电解过程中，X极区溶液的pH增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②电解过程中，Y极发生的两个电极反应为Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O和Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．
③若在X极收集到672mL气体，在Y极收集到168mL气体（均已折算为标准状况时气体体积），则Y电极（铁电极）质量减少0.28g．
④在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为：2K₂FeO₄+3Zn═Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂，该电池正极发生的反应的电极反应式为2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O=Fe₂O₃+10OH^-．

Answer 1

分析 （1）①反应是可逆反应不能进行彻底；
②依据反应焓变=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量计算得到；
③化学反应速率v=$\frac{△c}{△t}$来计算，根据三行式计算化学平衡常数，K=产物平衡浓度系数次幂之积和反应物平衡浓度系数次幂之积的比值，增大氮气的平衡转化率，化学平衡要正向移动；
（2）①电解过程中，X电极上H⁺放电生成氢气，同时电极附近有OH^-生成；
②Y电极上还发生的反应为Fe失电子和氢氧根离子反应生成高铁酸根离子和水；
③根据转移电子相等计算铁溶解的质量；
④正极上高铁酸根离子得电子和水反应生成氧化铁和氢氧根离子．

解答 解：①反应是可逆反应不能进行彻底，该温度下合成塔中放入2mol N₂和6mol H₂，生成的氨气小于2mol，故达平衡后放出的热量小于184.4 kJ；
故答案为：＜；
②3H₂+N₂?2NH₃，反应焓变=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量=3×436+945.8-6×N-H键键能=-92.2，N-H键键能=391KJ；
故答案为：391；
③N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始浓度：1        2.8      0
变化浓度：0.6       1.8      1.2
平衡浓度：0.4      1.0        1.2
则10min内该反应的平均速率v（H₂）=$\frac{1.8mol/L}{10min}$=0.18mol/（L•min），K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{1．{2}^{2}}{0.4×1．{0}^{3}}$=3.6，欲增大氮气的平衡转化率，可以增大压强、增加氢气的浓度、移走氨气、降温等，
故答案为：0.18；3.6；增大压强、增加氢气的浓度、移走氨气、降温；
（2）①电解过程中，X电极上电极反应式为2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，所以c（OH^-）增大，溶液的pH增大，故答案为：增大；
②Y电极上还发生的反应为Fe失电子和氢氧根离子反应生成高铁酸根离子和水，电极反应式为Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
③X电极收集的气体是氢气，n（H₂）=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，Y电极析出氧气的物质的量=$\frac{0.168L}{22.4L/mol}$=0.0075mol，根据转移电子相等得铁溶解的质量=$\frac{0.03mol×2-0.0075mol×4}{6}$×56g/mol=0.28g，
故答案为：0.28；
④正极上高铁酸根离子得电子和水反应生成氧化铁和氢氧根离子，电极反应式为2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O=Fe₂O₃+10OH^-，故答案为：2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O=Fe₂O₃+10OH^-．

点评 本题考查了化学能与热能关系分析判断、盖斯定律、温度对化学平衡常数的影响、热化学方程式书写，题目难度中等．