Question

13．氨是化学实验室及化工生产中的重要物质，应用广泛．
（1）已知25℃时：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+183kJ/mol
                2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
                4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（l）△H=-1164.4kJ/mol
则N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol
（2）在恒温密闭容器中进行合成氨反应，起始投料时各物质浓度如下表：

	N2	H2	NH3
投料Ⅰ	1.0mol/L	3.0mol/L	0
投料Ⅱ	0.5mol/L	1.5mol/L	1.0mol/L

①按投料Ⅰ进行反应，测得达到化学平衡状态时H₂的转化率为40%，则该温度下合成氨反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（NH{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}c（N{\;}_{2}）}$．
②按投料Ⅱ进行反应，起始时反应进行的方向为逆向（填“正向”或“逆向”）．
③若升高温度，则合成氨反应的化学平衡常数变小（填“变大”、“变小”或“不变”）．
④L（L₁、L₂）、X可分别代表压强或温度．如图1表示L一定时，合成氨反应中H₂（g）的平衡转化率随X的变化关系．
i、X代表的物理量是温度．
ii、判断L₁、L₂的大小关系，并简述理：L₁＜L₂，其他条件不变时，增大压强，衡正向移动，氢气转化率大．
（3）电化学气敏传感器可用于监测环境中NH₃的含量，其工作原理示意图2如下：
①电极b上发生的是还原反应（填“氧化”或“还原”）．
②写出电极a的电极反应式：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知25℃时：①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+183kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
③4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（l）△H=-1164.4kJ/mol
根据盖斯定律①+②×$\frac{3}{2}$-$\frac{1}{2}$×③进行计算；
（2）①根据合成氨反应的平衡常数=生成物浓度的幂次方之积比上反应物浓度的幂次方之积；
②按投料Ⅱ将氨气完全转化到右边，则与投料Ⅰ完全相同，为完全等效平衡，所以平衡时H₂的浓度为3.0mol/L×（1-40%）=1.8mol/L，据此分析；
③由（1）得出合成氨为放热反应，所以升高温度平衡向逆反应方向移动，据此分析反应的化学平衡常数变化；
④i、由图可知，X越大，氢气转化率越低；
ii、由N₂（g）+3H₂（g）?3NH₃（g）△H＜0，压强大高，氢气转化率大；
（3）Pt电子通入氨气生成氮气，说明氨气被氧化，为原电池负极，则b为正极，氧气得电子被还原，结合电极方程式解答该题．

解答 解：（1）已知25℃时：①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+183kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol
③4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（l）△H=-1164.4kJ/mol
根据盖斯定律①+②×$\frac{3}{2}$-$\frac{1}{2}$×③得，N₂（g）+3H₂（g）?3NH₃（g）△H=+183-571.6×$\frac{3}{2}$+$\frac{1}{2}$×1164.4=-92.2kJ/mol，故答案为：-92.2；
（2）①因为合成氨反应的平衡常数=生成物浓度的幂次方之积比上反应物浓度的幂次方之积，所以N₂（g）+3H₂（g）?3NH₃（g）的平衡常数表达式为K=$\frac{c（NH{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}c（N{\;}_{2}）}$，故答案为：K=$\frac{c（NH{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}c（N{\;}_{2}）}$；
②按投料Ⅱ将氨气完全转化到右边，则与投料Ⅰ完全相同，为完全等效平衡，所以按投料Ⅱ进行反应平衡时H₂的浓度也为3.0mol/L×（1-40%）=1.8mol/L，所以按投料Ⅱ进行反应，起始时反应进行的方向为逆向，故答案为：逆向；
③由（1）得出合成氨为放热反应，所以升高温度平衡向逆反应方向移动，所以反应的化学平衡常数变小，故答案为：变小；
④i、由图可知，X越大，氢气转化率越低，升高温度平衡向逆反应方向移动，则氢气转化率减小，则X表示温度，故答案为：温度；
ii、由N₂（g）+3H₂（g）?3NH₃（g）△H＜0，温度高，氢气转化率小，压强大，平衡正向移动，氢气转化率大，图中等温度时L₂对应的氢气转化率大，则压强L₁＜L₂，故答案为：L₁＜L₂，其他条件不变时，增大压强，衡正向移动，氢气转化率大；
（3）①Pt电子通入氨气生成氮气，说明氨气被氧化，为原电池负极，则b为正极，氧气得电子被还原发生还原反应，故答案为：还原；
②因为a极为负极，负极是氨气发生氧化反应变成氮气，且OH^-向a极移动参与反应，故电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、化学平衡影响因素分析判断、平衡常数的应用等，题目难度较大，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．