Question

【题目】利用化学反应原理回答下列问题：

（1）在一定条件下，将1.00molN2（g）与3.00molH2（g）混合于一个10.0L密闭容器中，在不同温度下达到平衡时NH3（g）的平衡浓度如图所示，其中温度为T1时平衡混合气体中氨气的体积分数为25.0%。

①该反应的焓变△H__0（填“＞”或“＜”）判断依据为_____。

②该反应在T1温度下5.00min达到平衡，这段时间内N2的化学反应速率为______。

③T1温度下该反应的化学平衡常数K1=______。

（2）科学家采用质子高导电性的SCY陶瓷（可传递H+）实现了低温常压下高转化率的电化学合成氨，其实验原理示意图如图所示，则阴极的电极反应式是____________。

（3）NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应原理如图所示：

①SCR技术中的氧化剂为__________________。

②当NO2与NO的物质的量之比为1∶1时，与足量氨气在一定条件下发生反应。该反应的化学方程式为_______________。当有3 mol电子发生转移时，则参与反应的NO的物质的量为____________。

Answer 1

【答案】＜ 温度升高，氨气的浓度降低，说明正反应为放热反应 8.00×10﹣3mol/（Lmin） 18.3 N2+6H++6e﹣=2NH3 NO、NO2 2NH3＋NO2＋NO=2N2＋3H2O 0.5 mol

【解析】

（1）①由图可知，温度越高，平衡时NH3的浓度越小，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小；

②根据化学反应速率的计算公式带入数据即可；

③根据K=c2(NH3)/c(N2)c3(H2)计算平衡常数；

（2）根据阴极发生得到电子的还原反应；

（3）①根据图以及氧化还原反应间的关系进行判断；

②根据化合价进行分析。

（1）①根据图像中氨气的平衡含量与温度的关系可知：升高温度，氨气的平衡浓度降低，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，说明该反应的正反应放热反应。当温度由T1变化到T2时，平衡常数关系K1>K2；由于该反应的正反应是放热反应，所以△H<0，故答案为：＜；温度升高，氨气的浓度降低，说明正反应为放热反应。

②该反应在T1温度下5.0min达到平衡，将1.00molN2(g）与3.00molH2(g）混合于一个10.0L密闭容器中，根据反应方程式N2(g）+3H2(g）=2NH3(g）可知：每有1molN2发生反应会产生2molNH3，气体的物质的量减少2mol，假设反应的氮气的物质的量是x，则反应的氢气的物质的量是3x，反应产生2x，反应后的气体的物质的量减小2x，反应后混合气体的总物质的量是(1mol+3mol-2xmol），其中温度为T1时平衡混合气体中氨气的体积分数为25.0%，2x÷(1mol+3mol-2xmol）=25.0%，解得x=0.4mol，则这段时间内N2的化学反应速率为0.4mol÷10L÷5.0min=8.00×10﹣3mol/（Lmin），故答案为：8.00×10﹣3mol/（Lmin）。

③T1温度下，反应处于平衡状态时，c(NH3）=0.8mol÷10.0L=0.08mol/L，c(N2）=(1mol-0.4mol）÷10.0L=0.06mol/L；c(H2）=(3mol-3×0.4mol）÷10.0L=0.18mol/L,则根据化学平衡常数的含义可得该反应的化学平衡常数K1＝c2(NH3)/c(N2)c3(H2)=0.082/0.06×0.183=18.3，故答案为：18.3。

（2）电解池中阴极发生得到电子的还原反应，则阴极是氮气得到电子结合氢离子转化为氨气，电极方程式为：N2+6H++6e﹣=2NH3，故答案为：N2+6H++6e﹣=2NH3。

（3）①由反应原理图可知SCR技术中，反应物是NH3与NO、NO2，产物为N2和水，氮氧化物中N元素化合价由正化合价变为0价、氨气中N元素化合价由-3价变为0价，故氧化剂为NO、NO2，故答案为：NO、NO2。

②NH3中氮的化合价由-3价升高到0价，一个NH3失去3个电子，NO2中氮的化合价由+4价降低到0价，一个NO2得到4个电子，NO中氮的化合价由+2价降低到0价，一个NO得到2个电子，当NO2与NO的物质的量之比为1：1时，转移电子的最小公倍数为6，结合质量守恒可知方程式为：2NH3＋NO2＋NO=2N2＋3H2O，当有3 mol电子发生转移时，则参与反应的NO的物质的量为0.5mol，故答案为：2NH3＋NO2＋NO=2N2＋3H2O；0.5 mol。