Question

氨在工农业生产中应用广泛。德国人哈伯发明了合成氨反应，其原理为：N₂(g) + 3H₂(g) 2NH₃(g) ΔH=－92.4kJ/mol。在500℃、20MPa时，将N₂和H₂通入到体积为2 L的密闭容器中，反应过程中各种物质的物质的量变化如右图所示:

（1）10 min内用NH₃表示该反应的平均速率，v(NH₃)=        。

（2）在10~20min内NH₃浓度变化的原因可能是           （填字母）。

A．加了催化剂   b．降低温度    C．增加NH₃的物质的量

（3）该可逆反应达到平衡的标志是__________ （填字母）。

a．3v(H₂)_正 = 2v(NH₃)_逆                         b．混合气体的密度不再随时间变化

c．容器内的总压强不再随时间而变化            d． N₂、H₂、NH₃的分子数之比为1∶3∶2

e．单位时间生成m mol N₂的同时消耗3 m mol H₂   f．a mol N≡N键断裂的同时，有6 a mol N—H键合成

（4）第一次平衡时，平衡常数K₁＝        （用数学表达式表示）。NH₃的体积分数是         （保留2位小数）。

（5）在反应进行到25min时，曲线发生变化的原因是________________。

（6）已知：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)  ΔH =－92.4 kJ/mol； 2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)  ΔH =－483.6kJ/mol，氨气与氧气反应产生氮气和水的热化学方程式是_______________。

（7）氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如右图所示：

① a电极的电极反应式是______________；

② 一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因是_______________。

Answer

（1）0.005 mol/(L·min)；（2）c；（3）c e

（4）；42.88% （0.43）

（5）移走了生成的氨气（或减小了氨气的浓度）

（6）4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(g)ΔH =－1266.0 kJ/mol

（7）① 2NH3－6e- + 6OH－=N2+6H2O

②由于发生4NH3 + 3O22N2 + 6H2O反应，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH。

【解析】

试题分析：根据图像可知，在10 min内氨气的物质的量改变了0.1mol，则用NH3表示该反应的平均速率V(NH3)=0.1mol÷2 L÷10min= 0.005 mol/(L·min)；(2)在10~20min内NH3物质的量增大0.2mol，H2物质的量减少0.3mol，N2物质的量减少0.1mol，反应速率比前10min内变化快；A．加了催化剂，会使化学反应速率加快，反应物完全转化为生成物，也不能反应产生0.3molNH3；b．降低温度，会使化学反应速率减慢，与图像不符合，错误；C．增加NH3的物质的量，正反应速率加快，C．0.6molH2完全转化为NH3，最多转化为0.2molNH3，现在共反应产生0.3mol，说明反应增大了氨气的浓度，正确；（3）A．在任何时刻，2v(H2)正 = 3v(NH3)正，现在3v(H2)正 = 2v(NH3)逆，则9v(NH3)正=4v(NH3)逆，反应未反应达到平衡，正确；B．由于反应体系的容积不变，反应混合物都是气体，则混合气体的密度不再随时间变化，故不能据此判断反应达到平衡状态，错误；C．该反应是反应前后气体体积不变的反应，容器的容积不变，则反应若未达到平衡，则容器内的总压强会随时间而变化，故容器内的总压强不再随时间而变化可以说明反应达到平衡状态，正确；D．N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2，反应可能处于平衡状态，也可能不处于平衡状态，错误；e.在任何时刻单位时间生成m mol N2的同时产生3 m mol H2，同时消耗3 m mol H2，氢气的浓度不变，反应处于平衡状态，正确；f．a mol N≡N键断裂的同时，有6 a mol N—H键合成，表明反应正向进行，不能说明反应处于平衡状态，错误；(4)化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时，生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，根据图像可知第一次平衡时，平衡常数K1＝，NH3的体积分数是[0.15÷(0.15+0.125+0.075)]×100%= 42.88%；(5)在反应进行到25min时，NH3物质的量减小，而N2、H2的物质的量不变，则曲线发生变化的原因是移走了生成的氨气(减小了氨气的浓度)；(6)①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH =－92.4 kJ/mol； ②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH =－483.6kJ/mol，②×3-①×2，整理可得4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(g) ΔH =－1266.0 kJ/mol；(7) ① a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH3－6e- + 6OH－=N2+6H2O；② 一段时间后，需向装置中补充KOH，是由于发生4NH3 + 3O22N2 + 6H2O反应，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。

考点：考查化学反应速率、化学平衡的有关知识。