Question

【题目】科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。

Ⅰ.目前合成氨技术原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=－92.4kJ·mol-1。

（1）在一定体积的容器中发生上述反应，下列描述中能说明该反应已达平衡的是______

A.容器内气体的平均摩尔质量保持不变

B.2v(NH3)正=v(N2)逆

C.容器中气体的压强保持不变

D.N2、H2、NH3的物质的量之比为1：2：3

（2）673K、30MPa下，向容积为2.0L的恒容密闭容器中充入0.80mol N2和1.60mol H2，反应3分钟达到平衡时，NH3的体积分数为20%。

①该条件下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数K=_____（精确到小数点后一位）；K值越大，表明反应达到平衡时______

A.H2的转化率一定越高 B.NH3的浓度一定越大

C.正反应进行得越完全 D.化学反应速率越大

②若达平衡后再向该容器中充入0.40mol N2和0.40mol NH3，该平衡将______（填“向正反应方向移动”、“向逆反应方向移动”或“不移动”）。

Ⅱ.根据“人工固氮”的最新研究报道，在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂（掺有少量Fe2O3的TiO2）表面与水发生下列反应：2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g) △H=a kJ·mol-1。进一步研究NH3生成量与温度的关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如表：

T/K	303	313	323
NH3的生成量/(10-6mol)	4.8	5.9	6.0

（1）此合成反应的a_____0；ΔS______0，（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（2）已知（K为平衡常数）：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) K1，2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) K2，则N2(g)+3H2O(1)=2NH3(g)+O2(g)的K=______（用K1、K2表示）。

Ⅲ.已知：4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(1) ΔH= -1316kJ·mol-1，氨是一种潜在的清洁能源，可用作碱性燃料电池的燃料，该燃料电池的负极反应式是_______。

Answer 1

【答案】AC 1.1 C 向逆反应方向移动 > > 2NH3－6e－＋6OH－==N2＋6H2O

【解析】

Ⅰ、（1）A、该反应中所有物质均为气体，故气体的质量不变，该反应为气体非等体积反应，由可知，随着反应的进行，容器内气体的平均摩尔质量是变量，当容器内气体的平均摩尔质量不变时，可说明该反应达到了化学平衡，故A正确；

B、2v(NH3)正=v(N2)逆的比例不满足物质所对应系数比，当等式成立时，不能说明该反应达到了化学平衡，故B错误；

C、该反应在恒容容器中进行，气体物质的量之比等于其压强之比，因该反应为气体非等体积反应，随着反应的进行，气体物质的量会发生改变，当容器内气体的压强保持不变时，可说明该反应达到了化学平衡，故C正确；

D、因缺少相关数据，当容器内N2、H2、NH3 的物质的量之比为 1:2:3时，反应不一定达到了化学平衡，故D错误；

（2）①由反应 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始浓度（mol/L） 0.4 0.8 0

转化浓度（mol/L） x 3x 2x

平衡浓度（mol/L） 0.4-x 0.8-3x 2x

平衡时NH3的体积分数为=0.2，解得x=0.1，

平衡常数K==1.1；

A、氢气的转化率与氮气、氢气的投入量等有关，K值大，氢气转化率不一定高，故A错误；

B、氨气的产率与与氮气、氢气的投入量等有关，K值大，氨气的产量不一定大，故B错误；

C、K值越大，表示反应进行程度大，即正反应进行得越完全，故C正确；

D、K值越大，表示反应进行程度大，但该温度下不一定反应发生，反应速率不一定大，故D错误；

故选C；

②向该容器中充入0.40molN2和0.40molNH3瞬间，c(N2)=0.5mol/L，c(NH3)=0.4mol/L，c(H2)=0.5mol/L，，浓度熵QC==2.56>K，故平衡将向逆反应方向移动；

Ⅱ、（1）由表格可知，升高温度，平衡正向移动，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡将向吸热方向移动，故该反应正向为吸热反应，a>0；因气体混乱程度大于气体，该反应正向为熵增反应，故ΔS>0；

（2）①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) K1

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) K2

①-×②可得N2(g)+3H2O(1)=2NH3(g)+O2(g)，故K=；

III、原电池的负极发生氧化反应，元素化合价升高，由此可知负极上NH3失去电子生成N2，该反应电解质为碱性，根据电荷守恒进行配平可知该燃料电池的负极反应式是：2NH3-6e-+6OH-=N2＋6H2O。