Question

（2012?石家庄二模）氨是重要的化工产品之一，研究合成氨反应具有重要意义．σ

（1）已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：N≡N 946.0kJ?mol^-1、H-H 436kJ?mol^-1、N-H 390.8kJ?mol^-1，写出以N₂（g）和H₂（g）为原料合成NH₃（g）的热化学方程式

N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-90.8 kJ?mol^-1

（2）某小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，实验结果如图1所示：
①t₁时刻改变的条件为

升高温度

．
②t₂时刻，恒压充入氦气，t₃时刻达到平衡．在图中画出t₂时刻后的速率变化图象．
（3）相同温度下，A、B、C三个密闭容器，A、B恒容，C带有可自由移动的活塞K，各向其中充入如图2所示反应物，初始时控制活塞K，使三者体积相等，一段时间后均达到平衡．
①达到平衡时，A、C两个容器中NH₃的浓度分别为c₁、c₂，则c₁

＜

c₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
②达到平衡时，若A、B两容器中反应物的转化率分别为α（A）、α（B），则 α（A）+α（B）

＜

1（填“＞”、“＜”或“=”）．
③达到平衡时，若容器C的体积是起始时的

3

4

，则平衡时容器C中H₂的体积分数为

50%

（4）直接供氨式碱性燃料电池（DAFC），以KOH溶液为电解质溶液，其电池反应为 4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，则负极的电极反应式为

2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）化学反应中，化学键断裂吸收能量，形成新化学键放出能量，根据方程式计算分别吸收和放出的能量，以此计算反应热并判断吸热还是放热；
（2）①t₁时刻改变的条件后正逆反应速率都增大，平衡逆移；
②t₂恒压充入氦气，体积膨胀，参加反应的气体所占分压减小，平衡向体积增大方向移动，据此画出图象；
（3）①A为恒容容器，C为恒压容器，根据压强对平衡的影响分析；
②因体积相同，将乙中的量极限转化后为甲中的2倍，则压强大于甲中的压强，减小氨气的转化率；
③根据已知数据列三段式计算，根据恒压条件下物质的量之比等于体积比；
（4）燃料电池中，负极是燃料发生失电子的氧化反应．

解答：解：（1）在反应N₂+3H₂?2NH₃中，断裂3molH-H键，1mol N≡N键共吸收的能量为：3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2mol NH₃，共形成6mol N-H键，放出的能量为：6×390.8kJ=2344.8kJ，吸收的能量少，放出的能量多，该反应为放热反应，放出的热量为：2344.8kJ-2254kJ=90.8kJ，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-90.8kJ?mol^-1；
（2）①t₁时刻改变的条件后正逆反应速率都增大，逆反应速率大于正反应速率，平衡逆移，所以改变条件为升高温度，
故答案为：升高温度；
②t₂恒压充入氦气，体积膨胀，各反应物质浓度减小，参加反应的气体所占分压减小，平衡向体积增大方向移动，正逆反应速率都减小，画出图象为：；
故答案为：；
（3）①A为恒容容器反应到达平衡是容器内压强减小，C为恒压容器，容器内压强不变，所以C容器内的压强大于A的，压强增大平衡正移氨气的浓度增大，所以C容器内氨气浓度大，
故答案为：＜；
②因体积相同，将乙中的量极限转化后为甲中的2倍，则压强大于甲中的压强，增大压强向生成氨气的方向移动，所以减小了氨气的转化率，所以α（A）+α（B）＜1，
故答案为：＜；
③N₂ （g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol）   1        3        0
反应（mol）   x        3x       2x
平衡（mol）   1-x     3-3x      2x      
达到平衡时，若容器C的体积是起始时的

3

4

，
则

1-x + 3-3x + 2x

1+3

=

3

4

，
解得x=0.5，
所以平衡是氢气为3-3x=1.5mol，
容器内气体总物质的量为3mol，
所以平衡时容器C中H₂的体积分数为

1.5

3

×100%=50%，
故答案为：50%；
（4）燃料电池中，负极是燃料发生失电子的氧化反应，所以氨作为燃料电池燃气时，负极上是氨气失电子的过程，即2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O，
故答案为：2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O．

点评：本题考查化学平衡的计算，影响平衡的因素，燃料电池等，明确化学平衡三段法计算方法是解答本题的关键之一，题目难度较大．