Question

氨气在工业上有广泛用途。请回答以下问题：

（1）工业上利用N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g) ∆H<0合成氨，某小组为了探究外界条件对该反应的影响，以c₀ mol/L H₂参加合成氨反应，在a、b两种条件下分别达到平衡，如图A。   

①相对a而言，b可能改变的条件是            ，判断的理由是__________________。

②a条件下，0～t₀的平均反应速率v(N₂)=             mol·L^-1·min^-1。 

（2）有人利用NH₃和NO₂构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放减少环境污染，又能充分利用化学能进行粗铝的精炼，如图B所示，e极为精铝。   

a极通入    气体(填化学式)，判断的理由是___________________________________

（3）某小组往一恒温恒压容器充入9mol N₂和23mol H₂模拟合成氨反应，图C为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强（p）的关系图。若体系在T₂、60MPa下达到平衡。

               图C

①能判断N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)达到平衡的是______(填序号)。

a．容器内压强不再发生变化        b．混合气体的密度不再发生变化

c．v_正(N₂)=3v_逆(H₂)                d．混合气体的平均相对分子质量不再发生变化

②若T₁、T₂、T₃温度下的平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，则K₁、K₂、K₃由大到小的排序为               ．

③此时N₂的平衡分压为          MPa。（分压＝总压×物质的量分数）

计算出此时的平衡常数Kp=        。（用平衡分压代替平衡浓度计算，结果保留2位有效数字并带上单位）

Answer

（1）①增大c(N2) ，a、b起始浓度相同，b到达平衡的时间缩短且氢气的转化率增大。②（c0-c1）/300t0

（2）NO2， e为精铝，发生还原反应，所以d极发生氧化反应，则a极为正极

（3）① bd ②K1>K2>K3 ③90.043（Mpa）-2。

【解析】

试题分析：（1）①根据图A知a、b两种条件下氢气起始浓度相同，b条件下到达平衡的时间缩短且氢气的转化率增大，相对a而言，b可能改变的条件是增大c(N2)。②a条件下，0～t0时氢气的浓度变化为（c0-c1）×10-2 mol/L，则氮气的浓度变化为（c0-c1）/300mol/L，平均反应速率v(N2)= （c0-c1）/300t0mol·L-1·min-1。

（2）根据题意知该电池的电池反应为8NH3+6NO2==7N2+12H2O，粗铝的精炼，e极为精铝，则e为电解池的阴极，d为电解池的阳极，a极为电池的正极，发生还原反应，通入的气体为NO2。

（3）① a．反应在等温等压条件下进行，容器内压强不随时间变化而变化，压强不变不能说明反应达到平衡，错误；b．该反应正向为气体物质的量减小的反应，反应在等温等压条件下进行，随着反应的进行容器内气体的物质的量逐渐减小，容器的体积逐渐减小，混合气体的密度逐渐减小，当密度不再发生变化说明反应达到平衡状态，正确；c．v正(N2)=3v逆(H2)，v正(N2)：v逆(H2)=3 ，不等于化学计量数之比，反应未达平衡状态，错误；d．该反应正向为气体物质的量减小的反应，随着反应的进行，混合气体的物质的量逐渐减小，平均相对分子质量逐渐增大，当混合气体的平均摩尔质量不再发生变化说明反应达到平衡状态，正确，选bd；②合成氨的反应正向为放热反应，升高温度平衡逆向移动，氨气的体积分数减小，结合图C知温度：T1＜T2＜T3，则K1、K2、K3由大到小的排序为K1>K2>K3；③利用三行式分析。设转化的氮气的物质的量为x。

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

起始物质的量（mol）9 23 0

转化物质的量（mol）x 3x 2x

平衡物质的量（mol）9-x 23-3x 2x

根据阿伏伽德罗定律：等温等压条件下，气体的体积之比等于气体的物质的量之比。根据图C知体系在T2、60MPa下达到平衡时氨气的体积分数为60%，则2x/(32-2x)=60%，解得x=6mol，平衡时N2的物质的量为3mol，气体总物质的量为20mol，此时N2的平衡分压为60MPa×3/20=9Mpa，同理计算H2的平衡分压为15Mpa，NH3的平衡分压为36Mpa，则平衡常数Kp=p2(NH3)/p(N2)p3(H2)=362÷(9×153)=0.043（Mpa）-2。

考点：考查化学反应速率、化学平衡图像分析和计算，电化学原理的应用。