Question

13．目前工业合成氨的原理是N₂（g）+3H₂?2NH₃（g），△H=-93．O kJ•mol^-1
（1）已知一定条件下：2N₂（g）+6H₂O（1）?4NH₃（g）+3O₂（g），△H=十l 530．O kJ•mol^一1．则氢气燃烧热的热化学方程式为H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286.0 kJ/mol
（2）如图，在恒温恒容装置中进行合成氨反应．
①表示N₂浓度变化的曲线是C．
②前25min内，用H₂浓度变化表示的化学反应速率是0.12 mol•L^-1•min^-1．
③在25min末刚好平衡，则平衡常数K=$\frac{4}{27}$．
（3）在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应，下列说法正确的是AD．
A．气体体积不再变化，则已平衡
B．气体密度不再变化，尚未平衡
C．平衡后，往装置中通入一定量Ar，压强不变，平衡不移动
D．平衡后．压缩容器，生成更多NH₃
（4）电厂烟气脱氮的主反应①：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g），△H＜0，副反应②：2NH₃（g）+8NO（g）?5N₂0（g）4-3H₂O（g）△H＞0．平衡混合气中N₂与N₂0含量与温度的关系如图2．
请回答：在400～600K时，平衡混合气中N₂含量随温度的变化规律是随温度升高，N₂的含量降低，导致这种规律的原因是主反应为放热反应，升温使主反应的平衡左移或者副反应为吸热反应，升温使副反应的平衡右移，降低了NH₃和NO浓度，使主反应的平衡左移（任答合理的一条原因）．
（5）直接供氨式燃料电池是以NaOH溶液为电解质溶液，电池反应为4NH₃（g）+30₂=2N₂+6H₂O．则负极电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．
（6）取28.70g ZnSO₄•7H₂0加热至不同温度，剩余固体的质量变化如图3所示．680℃时所得固体的化学式为b（填字母序号）．a．ZnO    b．Zn₃0（S0₄）₂    c．ZnS0₄    d．ZnS0₄•H ₂0

Answer 1

分析 （1）已知①2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol．
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol，利用盖斯定律将$\frac{②×2-①}{6}$可得氢气燃烧的热化学方程式；
（2）①根据图象中氮气的浓度的减少是氢气减少的$\frac{1}{3}$，C为氮气的浓度变化曲线；
②根据图象中的浓度变化及时间计算出用N₂的浓度变化表示的化学反应平均速率；
③根据平衡常数K=$\frac{c（NH{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（N{\;}_{2}）•c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}$表达式计算出该反应的平衡常数；
（3）根据化学平衡状态特征进行判断；
（4）根据图2中随着温度升高，氮气、N₂O的含量变化进行分析；根据温度对化学平衡影响及两个可逆反应的反应热情况进行分析；
（5）根据原电池原电池工作原理及电极反应写出该燃料电池的负极反应式；
（6）28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物质的量为0.1mol，分别分析生成ZnO、ZnSO₄、ZnSO₄•H₂O的质量，进而确定温度．

解答 解：（1）已知①2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol．
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol，利用盖斯定律将$\frac{②×2-①}{6}$可得H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286.0 kJ/mol，
故答案为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286.0 kJ/mol；
（2）①图象中氮气的浓度的减少是氢气减少的$\frac{1}{3}$，C为氮气的浓度变化曲线，故答案为：C；
②图象中氮气的浓度的减少是氢气减少的$\frac{1}{3}$，A为氢气的浓度变化曲线，v（H₂）=$\frac{6.0-3.0}{25}$mol•L^-1•min^-1=0.12mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.12 mol•L^-1•min^-1；
③在25 min 末反应刚好达到平衡，K=$\frac{c（NH{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（N{\;}_{2}）•c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}$=$\frac{4}{1×3{\;}^{3}}$=$\frac{4}{27}$；故答案为：$\frac{4}{27}$；
（3）A．合成氨反应前后气体体积不同，当体积不变时，得到化学平衡状态，故A正确；
B．$ρ=\frac{m}{V}$，气体质量不变，由于反应前后气体体积不同，恒压容器气体体积可变，化学平衡移动时，密度随之变化，当密度不变时，达到化学平衡状态，故B错误；
C．充入Ar，容器压强不变，则：N₂、H₂、和NH₃浓度降低，反应物浓度降低大，化学平衡向逆反应方向移动，故C错误；
D．平衡时，压缩体积，压强增大，化学平衡向正反应方向移动，NH₃浓度增大，故D正确；
故选：AD；
（4）根据图象可知，在400K～600K时，平衡混合气中N₂含量随温度的升高逐渐降低；主反应为放热反应，升高温度，平衡向着逆向移动，氮气的含量减小，
故答案为：随温度升高，N₂的含量降低；主反应为放热反应，升温使主反应的平衡左移或者副反应为吸热反应，升温使副反应的平衡右移，降低了NH₃和NO浓度，使主反应的平衡左移；
（5）原电池负极失去电子发生氧化反应，所以该燃料电池中负极氨气失去电子生成氮气，电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
（6）28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物质的量为0.1mol，若得ZnSO₄•H₂O的质量为17.90g，则温度为100℃；若得ZnSO₄的质量为16.10g，则温度为250℃；若得ZnO的质量为8.10g，则温度为930℃；据此通过排除法确定680℃时所得固体的化学式为Zn₃O（SO₄）₂；
故答案为：b．

点评 本题考查较综合，涉及知识点较多，涉及通过图象分析化学反应速率、化学平衡及计算等问题，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，需要学生较强的观察能力及思维能力，难度较大；