Question

氨的合成对国家工业发展有着举足轻重的作用，请根据化学原理知识回答下列问题：

（1）已知氢气的燃烧热为285.8kJ/mol。

4NH₃ (g) +5O₂ (g) 4NO(g) + 6H₂O(l) △H= —1168.8kJ/mol

N₂（g）+ O₂（g）═ 2NO（g）△H = +180.6kJ/mol。

则工业合成氨的热化学方程式为________________。

（2）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)反应的影响。实验结果如图所示：（图中 T表示温度， n表示物质的量）

①图像中 T₂和 T₁的关系是： T₂ _______________ T₁（填“高于”、“低于”、 “等于”或“无法确定”）。

②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N ₂ 的转化率最高的是_______________（填字母）。

③在起始体系中n(N₂)：n(H₂)= 1:3时，反应后氨的百分含量最大；若容器容积为1L， n=3mol反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则此条件下（ T ₂），反应的平衡常数 K=__________________。

（3）氮元素的+4价氧化物有两种，它们之间发生反应：2NO₂N₂O₄ ∆H < 0，将一定量的NO₂充入注射器中后封口，下图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化 (气体颜色越深，透光率越小)。下列说法正确的是______________

A．b点的操作是压缩注射器

B．c点与a点相比， c(NO₂)增大， c(N₂O₄)减小

C．若不忽略体系温度变化，且没有能量损失，则b、c两点的平衡常数Kb>Kc

D．d点：v(正)> v(逆)

（4）利用反应6NO₂+8NH₃=7N₂+12H₂O构成原电池，能消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，装置如图所示。

①电极a为___________________极，其电极反应式为__________________。

②当有0.1 mol NO₂被处理时，转移电子为________________mol。

③为使电池持续放电，该离子交换膜需选用___________________交换膜。

Answer

N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H = -92.4kJ/mol 低于 C 25/12 或2.08或2.1 AC 负 2NH3—6e—+6OH—=N2+6H2O 0.4 阴离子

【解析】

（1）①H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H1=-285.8 kJ•mol-1；②4NH3 (g) +5O2 (g) 4NO(g) + 6H2O(l) △H2= —1168.8kJ/mol ；③N2（g）+ O2（g）═ 2NO（g）△H3 = +180.6kJ/mol；根据盖斯定律可知，③+①×3-②×可得：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g），则△H=（+180.6kJ/mol）+（-285.8 kJ•mol-1）×3-（—1168.8kJ/mol）×=-92.4 kJ•mol-1；

（2）①反应为放热反应，温度升高化学平衡向着吸热方向进行，从T1到T2反应物氮气的量增加，故T1＜T2；
 ②b点代表平衡状态，c点又加入了氢气，故平衡向右移动，氮气的转化率增大，故答案为c；
 ③当氮气和氢气的物质的量之比为1∶3时达平衡状态时氨的百分含量最大，平衡点时产物的产率最大，当n=3mol反应达到平衡时H2的转化率为60%，故起始氮气浓度为1.2mol/l，变化的氢气浓度为1.8mol/l，变化的氮气浓度为0.6mol/l，平衡时氮气、氢气、氨气的浓度分别是0.4mol/l、1.2mol/l、1.2mol/l，据K= ==2.08；

(3)A．b点开始是压缩注射器的过程，气体颜色变深，透光率变小，故A正确；

B．c点是压缩注射器后的情况，二氧化氮和四氧化二氮的浓度都增大，故B错误；

C．b点开始是压缩注射器的过程，平衡正向移动，反应放热，导致T（b）＜T（c），升温平衡逆向移动，平衡常数减小，所以Kb＞Kc，故C正确；

D．c点后的拐点是拉伸注射器的过程，d点是平衡向气体体积增大的逆向移动过程，所以v（逆）＞v（正），故D错误；

故答案为AC。

（4）①由反应6NO2+8NH3═7N2+12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则a为负极，b为正极，负极电极方程式为2NH3-6e-+60H-=N2+6H2O；
②当有0.1molNO2 被处理时，转移电子为0.1mol×（4-0）=0.4mol；
③原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作。