Question

【题目】氮及其化合物在工农业生产和生命活动中起着重要的作用，铵盐、硝酸盐均是植物生长的“食物”，将氮气转化为氮气是植物获得“食物”的第一步，在常温常压下使N2高效地转化成为NH3是众多科学家们一直在探究的问题：
（1）已知：①4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）△H=﹣1025kJmol﹣1②N2（g）+O2（g）2NO（g）△H=+180.5kJmol﹣1
水的汽化热△H=+44kJmol﹣1
据报道，科学家已找到一种催化剂，使氨气与液态水在常温条件下转化为NH3及氧气，写出反应的热化学方程式；
（2）工业时合成氨的原理为：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=﹣92.4kJmol﹣1 ． 图1表示H2的转化率与温度、压强之间的关系，图2表示H2的转化率与起始投料比[n（N2）/n（H2）]、压强的变化关系，则T1、T2、T3的大小关系为 ， 曲线与曲线对应的压强P1P2（填“＞”“＜”“=”）．测得B（X，60）点时N2的转化率为40%，则X=
（3）一定温度下，将2molN2和6molH2置于一密闭容器中反应，测得平衡时容器的总压为aMPa，NH3的物质的量总数为20%，列式计算出此时的平衡常数Kp=（用平衡分压代替平衡浓度进行计算，分压=总压×体积分数，可不化简）．下列各项中能说明反应已达到平衡状态的是 ． a．混合气体的平均相对分子质量不变 b．N2的消耗速率等于NH3的生成速率
c．混合气体的密度不变 d．N2和H2的物质的量之比保持不变
（4）NH3催化剂生成NO，以NO为原料通过电解的方法可以制备NH4NO3 ， 其总反应是8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ， 试写出以惰性材料作电极的阴极反应式： ． 电解过程中为使电解产物全部转化为NH4NO3 ， 需要补充NH3的原因是 ．

Answer 1

【答案】
（1）2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=+1650kJ/mol
（2）1＞T2＞T3；＞；1：2
（3）；a
（4）NO+6H++5e﹣=NH +3H2O；总反应中有HNO3生成，应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3
【解析】解：（1）已知：①4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）△H=﹣1025kJmol﹣1,②N2（g）+O2（g）2NO（g）△H=+180.5kJmol﹣1水的汽化热△H=+44kJmol﹣1 ， 则可得：③H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJmol﹣1 ， 根据盖斯定律，②×2+③×6﹣①可得：2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=+1650kJ/mol，所以答案是：2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=+1650kJ/mol；（2）正反应为放热反应，温度越高，氢气的转化率越低，则T1＞T2＞T3；正反应为气体物质的量减小的反应，压强越大，氢气的转化率越大，则：P1＞P2；测得B（X，60）点时N2的转化率为40%，则： N2（g）+3H2（g）2NH3（g）
起始量（mol）：a b
变化量（mol）：0.4a1.2a
根据氢气的转化率可得 =60%，即b=2a，则X= = =1：2，
所以答案是：T1＞T2＞T3；1：2；（3）一定温度下，将2molN2和6molH2置于一密闭容器中反应，二者氨气1：3反应，故平衡时二者物质的量分数之比为1：3，平衡时NH3的物质的量分数为20%，则N2的物质的量分数为 ×（1﹣20%）=20%，H2的物质的量分数为1﹣20%﹣20%=60%，平衡时容器总压为aMPa，则Kp= = ；a．混合气体总质量不变，随反应进行混合气体总物质的量减小，则平均相对分子质量减小，混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应到达平衡，故a正确；b．平衡时NH3的生成速率等于N2的消耗速率的2倍，故b错误；c．混合气体总质量不变、容器的容积不变，密度始终不变，故c错误；d．N2和H2的起始物质的量之比等于化学计量数之比，二者物质的量之比始终为1：3，故d错误，所以答案是： ；a；（4）NH3催化剂生成NO，以NO为原料通过电解的方法可以制备NH4NO3 ， 其总反应是：8NO+7H2O=3NH4NO3+2HNO3 ， 阴极发生还原反应，阴极上是NO获得电子生成NH4+ ， 由电荷守恒可知有H+参与反应，还生成水，电极反应式为：NO+6H++5e﹣=NH4++3H2O，电池总反应中有HNO3生成，应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3 ， 所以答案是：NO+6H++5e﹣=NH4++3H2O；总反应中有HNO3生成，应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3 ．
【考点精析】关于本题考查的化学平衡状态本质及特征和化学平衡的计算，需要了解化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）；反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%才能得出正确答案．