Question

2．（1）工业合成氨时，合成塔中每产生1molNH₃，放出46.1kJ的热量．
某小组研究在500℃下该反应过程中的能量变化．他们分别在体积均为VL的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应．相关数据如表：

容器	起始时各物质物质的量/mol			达到平衡的时间	达平衡时体系能量的变化/kJ
	N2	H2	NH3
a	1	4	0	t1 min	放出热量：36.88kJ
b	2	8	0	t2 min	放出热量：Q

①容器a中，0～t₁时间的平均反应速率为υ（H₂）=$\frac{1.2}{{V{t_1}}}$mol•L^-1•min^-1．
②下列叙述正确的是AD（填字母序号）．
A．容器b中反应达平衡状态时，Q＞73.76kJ
B．平衡时，两容器中H₂的体积分数相等
C．反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等
D．平衡时，容器中N₂的转化率：a＜b
（2）以氨为原料，合成尿素的反应原理为：
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H=a kJ•mol^-1．
为研究平衡时CO₂的转化率与反应物投料比[$\frac{n（CO₂）}{n（NH₃）}$]及温度的关系，研究小组在10 L恒容密闭容器中进行模拟反应．（如图1，Ⅰ、Ⅱ曲线分别表示在不同投料比时，CO₂的转化率与温度之间的关系）．

①a＜0 （填“＞”或“＜”）．
②若n（CO₂）_起始=10 mol，曲线Ⅱ的投料比为0.4，在100℃条件下发生反应，达平衡至A点，则A点与起始压强比为5：7．
③A点平衡常数与B点平衡常数间的关系：K_A= K_B （填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）利用氨气与空气催化氧化法制取联氨N₂H₄．如图2是由“联氨-空气”形成的绿色燃料电池，以石墨为电极的电池工作原理示意图，b电极为正极（填“正”或“负”），写出该电池工作时a电极的电极反应式N₂H₄-4e^-=N₂+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）①工业合成氨时，合成塔中每产生1molNH₃，放出46.1kJ的热量，0～t₁时间达到平衡状态，放出热量：36.88kJ，则生成氨气物质的量=$\frac{36.88KJ×1mol}{46.1KJ}$=0.8mol，N₂+3H₂=2NH₃，消耗氢气物质的量=$\frac{3×0.8mol}{2}$=1.2mol，容器a中，0～t₁时间的平均反应速率v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$；
②A．容器b中起始量为a中一倍，反应焓变增大一倍，相当于a中平衡压强增大，平衡正向进行；
B．A分析可知平衡正向进行，平衡时b中氢气体积分数减小；
C．反应开始时，起始量浓度不同，两容器中反应的化学反应速率不相等；
D．平衡时，A分析可知b中相当于在a基础上增大压强，平衡正向进行；
（2）①由图可知，投料比相同时，温度越高，二氧化碳的转化率越低，说明平衡向逆方向移动正方向为放热反应；
②根据A点二氧化碳的转化率计算出平衡时体系中气体总物质的量，利用物质的量之比等于压强之比解答；
③温度相同，平衡常数相同；
（3）燃料电池中燃料在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应．

解答 解：（1）①工业合成氨时，合成塔中每产生1molNH₃，放出46.1kJ的热量，0～t₁时间达到平衡状态，放出热量：36.88kJ，则生成氨气物质的量=$\frac{36.88KJ×1mol}{46.1KJ}$=0.8mol，N₂+3H₂=2NH₃，消耗氢气物质的量=$\frac{3×0.8mol}{2}$=1.2mol，容器a中，0～t₁时间的平均反应速率v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{1.2mol}{VL}}{{t}_{1}min}$=$\frac{1.2}{{V{t_1}}}$mol•L^-1•min^-1，
故答案为：$\frac{1.2}{{V{t_1}}}$mol•L^-1•min^-1； 
②A．容器b中起始量为a中一倍，反应焓变增大一倍，相当于a中平衡压强增大，平衡正向进行，放热增大，Q＞73.76kJ，故A正确；
B．A分析可知平衡正向进行，平衡时b中氢气体积分数减小，两容器中H₂的体积分数不相等，故B错误；
C．反应开始时，起始量浓度不同，两容器中反应的化学反应速率不相等，故C错误；
D．平衡时，A分析可知b中相当于在a基础上增大压强，平衡正向进行，容器中N₂的转化率：a＜b，故D正确；
故答案为：AD；
（2）①由图可知，投料比相同时，温度越高，二氧化碳的转化率越低，说明平衡向逆方向移动，逆方向为吸热反应，正方向为放热反应，△H＜0，则a＜0，
故答案为：＜；
②若n（CO₂）起始=10mol，曲线Ⅱ的投料比为0.4，则n（NH₃）=$\frac{10mol}{0.4}$=25mol，达到平衡A点时，二氧化碳的转化率为50%，则有三行式：
                         2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol）：25               10                 0          0
改变量：（mol）10                5                 5            5
平衡量：（mol）15               5                 5            5
则平衡时气体总物质的量为25mol，起始气体总物质的量为35mol，则A点与起始压强比=物质的量之比，即$\frac{25mol}{35mol}$=$\frac{5}{7}$，
故答案为：5：7；
 ③A点和B点的温度相同，所以平衡常数相同，：K_A=K_B，
故答案为：=；
（3）联氨-空气”形成的绿色燃料电池，以石墨为电极的电池工作原理示意图，b电极为正极，a电极为负极，a电极上是联氨失电子发生氧化反应，电解质环境为酸性，电极反应 N₂H₄-4e^-=N₂+4H⁺，
故答案为：正；    N₂H₄-4e^-=N₂+4H⁺．

点评 本题考查化学平衡的影响因素、化学反应速率计算、原电池原理等知识，综合性较强，需要扎实的基础知识和灵活解决问题的能力，注意三段式解题法的运用，题目难度中等．