Question

氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工 农业生产、生活中有着重要作用． 
Ⅰ、（1）如图是N_2（g）和H_2（g）反应生成1mol NH_3（g）过程中能量变化示意图，请写出N₂和H₂反应的热化学方程式：

 

．
（2）若已知下列数据：

化学键	H-H	N≡N
键能/kJ?mol-1	435	943

试根据表中及图中数据计算N-H的键能

 

kJ?mol^-1．
（4）用NH₃催化还原NO_X还可以消除氮氧化物的污染．例如
4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）；△H₁=akJ?mol^-1
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H₂=bkJ/mol
若1mol NH₃还原NO至N₂，则该反应过程中的反应热△H₃=

 

kJ/mol（用含a、b的式子表示）．
Ⅱ．氨的合成是最重要的化工生产之一．已知：N₂+3H₂?2NH₃，在3个体积均为2L的密闭容器中，在相同的温度下，使用相同的催化剂合成氨，实验测得反应在起始、达到平衡时的有关数据如表所示：

容器	甲	乙	丙
反应物投入量	3mol H2、2mol N2	6mol H2、4mol N2	2mol NH3
到达平衡的时间（min）		5	8
N2的浓度（mol/L）	C1	1.5
NH3的体积分数	w1		W3
混合气体密度（g/L）	ρ1	ρ2

试回答：
（1）此反应的平衡常数表达式为

 

．
（2）下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是

 

（填写序号字母）．
a．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1：3：2      b．v（N₂）_正=3v（H₂）
c．容器内压强保持不变                      d．混合气体的密度保持不变
（3）分析上表数据，下列关系正确的是

 

（填写序号字母）．
A．2c₁＞1.5mol?L^-1    B．w₃=w₁    C．2ρ₁=ρ₂ D．K_甲=K_乙=K_丙
（4）容器乙中反应从开始到达平衡平均速率为v（H₂）=

 

．
Ⅲ．直接供氨式碱性燃料电池的电池反应式是4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，电解质溶液一般使用KOH溶液，则负极电极反应式是

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,化学平衡常数的含义,化学平衡状态的判断

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：Ⅰ．（1）先求出此反应的焓变，根据热化学方程式的书写规则再写出热化学方程式；
（2）根据反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能计算；
（3）利用盖斯定律计算．
Ⅱ．（1）化学平衡常数是平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；
（2）达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，以此判断；
（3）先将丙中的数据按照化学计量数转化成反应物氮气、氢气的物质的量，然后利用等效平衡知识进行分析；
（4）先计算出用氮气表示的反应速率，然后利用化学计量数关系计算出用氢气表示的反应速率；
Ⅲ．氨气为碱性气体，电解质溶液应呈碱性，负极发生氧化反应，氨气被氧化生产氮气，电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

解答： 解：Ⅰ．（1）反应物总能量大于生成物总能量，应为放热反应，生成1mol氨气放出46kJ热量，则反应的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol；
（2）反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能，设N-H的键能为x，则943+3×435-6x=-92，x=390，故答案为：390；
（3）已知①4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H₁=akJ/mol
②N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₂=bkJ/mol
利用盖斯定律将

①-②×3

4

可得NH₃（g）+

3

2

NO（g）=

5

4

N₂（g）+

3

2

H₂O（g）△H₃=

a-3b

4

kJ/mol，
故答案为：

a-3b

4

；
Ⅱ．（1）化学平衡常数是平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，所以N₂+3H₂?2NH₃，该反应的平衡常数表达式K=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

，故答案为：

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
（2）a．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1：3：2，不能说明达到判断状态，取决于起始配料比和转化程度，故a错误；
b．当3v（N₂）_正=v（H₂）_逆时，才说明达到平衡状态，故b错误；
c．容器内压强保持不变，可说明达到平衡状态，故c正确；
d．恒容时体积不变，质量不变，则混合气体的密度保持不变，不能达到平衡状态，故d错误．
故答案为：c；
（3）恒温、恒容条件下：
A．假设乙容器的容积为4L，则达到平衡时甲乙为等效平衡，各组分的含量、浓度相等，此时氮气的浓度为c₁，然后将容器的容积缩小到2L，若平衡不移动，2c₁=1.5mol/L，由于压强增大，平衡向着正向移动，氨气的浓度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故A正确；    
B．丙中2mol氨气相当于加入了1mol氮气、3mol氢气，而甲中为3mol H₂、2mol N₂，由于丙反应物氮气的物质的量减小，生成的氨气的物质的量减小，所以ω₃＜ω₁，故B错误；
C．反应前后都是气体，容器的容积都是2L，乙中混合气体的质量为甲的2倍，根据ρ=

m

V

可知：2ρ₁=ρ₂，故C正确；
D．因为温度相同，故K_甲=K_乙=K_丙，故D正确；
故选ACD；
（4）容器乙中，反应前氮气的浓度为：

4mol

2L

=2mol/L，氮气的平均反应速率为：v（N₂）=

2mol/L-1.5mol/L

5min

=0.1mol?L^-1?min^-1，根据反应3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）可知：v（H₂）=3v（N₂）=0.3 mol?L^-1?min^-1，
故答案为：0.3 mol?L^-1?min^-1；
Ⅲ．氨气为碱性气体，电解质溶液应呈碱性，负极发生氧化反应，氨气被氧化生产氮气，电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

点评：本题考查了化学平衡的影响因素分析、化学反应速率的影响因素判断、化学反应速率的计算等知识，题目难度中等，注意掌握化学平衡的影响因素、化学反应速率的计算方法，能够利用盖斯定律求算反应中的焓变．