Question

11．氨的合成对国家工业发展有着举足轻重的作用，请根据化学原理知识回答下列问题：
（1）已知氢气的燃烧热为285.8kJ/mol．
4NH₃ （g）+5O₂ （g）?4NO（g）+6H₂O（l）△H=-1168.8kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.6kJ/mol．
则工业合成氨的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）═2NH ₃ （g）△H=-92.4kJ/mol．
（2）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）反应的影响．实验结果如图1所示：（图中 T表示温度，n表示物质的量）
①图象中 T₂和 T₁的关系是：T₂高于 T₁（填“高于”、“低于”、“等于”或“无法确定”）．
②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N₂ 的转化率最高的是c（填字母）．
③在起始体系中n（N₂）：n（H₂）=1：3时，反应后氨的百分含量最大；若容器容积为1L，n=3mol反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则此条件下（ T ₂），反应的平衡常数 K=$\frac{25}{12}$．
（3）氮元素的+4价氧化物有两种，它们之间发生反应：2NO₂?N₂O₄△H＜0，将一定量的NO₂充入注射器中后封口，图2是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化 （气体颜色越深，透光率越小）．下列说法正确的是AC

A．b点的操作是压缩注射器
B．c点与a点相比，c（NO₂）增大，c（N₂O₄）减小
C．若不忽略体系温度变化，且没有能量损失，则b、c两点的平衡常数K_b＞K_c
D．d点：v（正）＞v（逆）
（4）利用反应6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O构成原电池，能消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，装置如图3所示．
①电极a为负极，其电极反应式为2NH₃-6e^-+60H^-=N₂+6H₂O．
②当有0.1mol NO₂被处理时，转移电子为0.4mol．
③为使电池持续放电，该离子交换膜需选用阴离子交换膜．

Answer 1

分析 （1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol，
②4NH ₃ （g）+5O ₂ （g）?4NO（g）+6H ₂O（l）△H=-1168.8kJ/mol，
③N₂（g）+O ₂（g）═2NO（g）△H=+180.6kJ/mol，
根据盖斯定律，①×3+③-$\frac{1}{2}$×②可得N₂（g）+3H₂（g）═2NH ₃ （g）△H；
（2）①根据温度升高化学平衡向着吸热方向进行；
②根据a、b、c三点所表示的意义，结合化学平衡移动的方向进行判断；
③根据反应物的物质的量之比为等于化学计量数之比时，达平衡状态时生成物的百分含量最大；先求出各自的平衡浓度，然后根据平衡常数的概念来回答；
（3）该反应是正反应气体体积减小的放热反应，压强增大平衡虽正向移动，但二氧化氮浓度增大，混合气体颜色变深，压强减小平衡逆向移动，但二氧化氮浓度减小，混合气体颜色变浅，据图分析，b点开始是压缩注射器的过程，气体颜色变深，透光率变小，c点后的拐点是拉伸注射器的过程，气体颜色变浅，透光率增大，据此分析；
（4）①由反应6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O可知，反应中NO₂为氧化剂，NH₃为还原剂，则a为负极，b为正极；负极失电子发生氧化反应据此书写点击方程式；
②当有0.1mol NO₂被处理时，转移电子为0.1mol×（4-0）=0.4mol，据此进行分析；
③原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作．

解答 解：（1）氢气的燃烧热为285.8kJ/mol，可得①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol，
②4NH ₃ （g）+5O ₂ （g）?4NO（g）+6H ₂O（l）△H=-1168.8kJ/mol，
③N₂（g）+O ₂（g）═2NO（g）△H=+180.6kJ/mol，
根据盖斯定律，①×3+③-$\frac{1}{2}$×②可得N₂（g）+3H₂（g）═2NH ₃ （g）△H=（-285.8kJ/mol）×3+（+180.6kJ/mol）-$\frac{1}{2}$×（-1168.8kJ/mol）=-92.4kJ/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）═2NH ₃ （g）△H=-92.4kJ/mol；
（2）①反应为放热反应，温度升高化学平衡向着吸热方向进行，从T₁到T₂反应物氮气的量增加，故T₁＜T₂，
故答案为：高于；
②c点氢气的物质的量比ab点多，平衡向右移动，氮气的转化率增大，
故答案为：c；
③当氮气和氢气的物质的量之比为1：3时达平衡状态时氨的百分含量最大，平衡点时产物的产率最大，据图示，当平衡时氢气的物质的量为n，故加入N₂的物质的量为$\frac{1}{3}$n，当n=3mol反应达到平衡时H₂的转化率为60%，故起始氮气浓度为1mol/L，变化的氢气浓度为1.8mol/L，变化的氮气浓度为0.6mol/L，平衡时氮气、氢气、氨气的浓度分别是0.4mol/L、1.2mol/L、1.2mol/L，据K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$=$\frac{1×{2}^{2}}{0.4×1．{2}^{3}}$=$\frac{25}{12}$，
故答案为：$\frac{25}{12}$；
（3）A、b点开始是压缩注射器的过程，气体颜色变深，透光率变小，故A正确；
B、c点是压缩注射器后的情况，二氧化氮和四氧化二氮的浓度都增大，故B错误；
C、b点开始是压缩注射器的过程，平衡正向移动，反应放热，导致T（b）＜T（c），升温平衡逆向移动，平衡常数减小，所以K_b＞K_c，故C正确；
D、c点后的拐点是拉伸注射器的过程，d点是平衡向气体体积增大的逆向移动过程，所以v（逆）＞v（正），故D错误；
故答案为：AC；
（4）①由反应6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O可知，反应中NO₂为氧化剂，NH₃为还原剂，则a为负极，b为正极，负极电极方程式为2NH₃-6e^-+60H^-=N₂+6H₂O，
故答案为：负；2NH₃-6e^-+60H^-=N₂+6H₂O；
②当有0.1mol NO₂被处理时，转移电子为0.1mol×（4-0）=0.4mol，
故答案为：0.4；
③原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作，
故答案为：阴离子．

点评 本题主要考查的是反应热的计算、化学反应平衡移动与图象、电化学等知识，综合性较强，难度较大，注意氧化还原反应原理在电化学中的应用．