Question

15．合成氨是基本无机化工，氨是化肥工业和有机化工的主要原料，也是一种常用的制冷剂．

（1）图1是合成氨反应的能量与反应过程相关图（未使用催化剂）；图2是合成氨反应在2L容器中、相同投料情况下、其它条件都不变时，某一反应条件的改变对反应的影响图．
①下列说法正确的是BDE．
A．使用催化剂会使E₁的数值增大 
 B．△H=-92.4kJ•mol^-1
C．为了提高转化率，工业生产中反应的温度越低越好
D．在曲线A条件下，反应从开始到平衡，消耗N₂的平均速率为$\frac{{n}_{1}}{4{t}_{1}}$mol•L^-1•min^-1
E．该反应的平衡常数K_A＜K_B
F．图2是不同压强下反应体系中氨的物质的量与反应时间关系图，且P_A＜P_B
②下列能说明该反应达到平衡状态的是D
A．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1：3：2
B．v_正（N₂）=v_逆（H₂）
C．混合气体的密度保持不变
D．容器内压强保持不变
（2）合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，合成氨反应的平衡常数K值和温度的关系如下：

温度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

400°C时，测得某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量浓度分别为3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1时，此时刻该反应的v_逆（N₂）＞v_正（N₂） （填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）常温下向25mL0.1mol/LNH₃•H₂O 溶液中，逐滴加入  0.2mol/L的HN₃溶液，溶液的pH变化曲线如图3所示．
A、B、C、D 四个点中，水的电离程度最大的是C；A点时溶液中各离子浓度由小到大的顺序为c（OH^-）＜c（H⁺）＜c（NH₄⁺）＜c（N₃^-）．
（4）有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N₂、H₂为电极反应物，以HCl-NH₄Cl为电解质溶液制造新型燃料电池．试写出该电池的正极反应式N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

Answer 1

分析 （1）①A．使用催化剂降低反应的活化能；
B．反应焓变△H=312.4KJ/mol-404.8KJ/mol=-92.4kJ/mol；
C．温度越低平衡正向进行，工业生产中反应速率慢，生成效率和经济效益低；
D．根据v=$\frac{△c}{△t}$ 计算v（NH₃），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（N₂）；
E．平衡常数只受温度影响，先拐先平温度高，升温平衡逆向进行；
F．由先拐先平压强大，则压强p_A＞p_B ，增大压强平衡正向移动，氨气物质的量增大；
②可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
（2）计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行；
（3）开始为氨水溶液，抑制水的电离，C点加入HN₃溶液体积为12.5mL，恰好反应得到NH₄N₃溶液，溶液显碱性，说明HN₃为弱酸，而再加入HN₃溶液，又抑制水的电离，故恰好反应时水的电离程度最大；
A点加入25mL HN₃溶液，此时为等浓度的NH₄N₃、HN₃混合溶液，溶液呈酸性，说明NH₄⁺离子水解程度大于的N₃^-水解程度；
（4）原电池正极发生还原反应，氮气在正极获得电子，与电解质反应中氢离子结合为铵根离子．

解答 解：（1）①A．使用催化剂改变反应途径，降低反应的活化能E₁，故A错误；
B．由图可知，反应焓变△H=312.4KJ/mol-404.8KJ/mol=-92.4kJ/mol，故B正确；
C．反应是放热反应，温度越低平衡正向进行，提高原料利用率，但温度过低，反应速率减慢，生成效率和经济效益低，故C错误；
D．v（NH₃）=$\frac{\frac{{n}_{1}mol}{2L}}{{t}_{1}min}$=$\frac{{n}_{1}}{2{t}_{1}}$mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，v（N₂）=$\frac{1}{2}$ v（NH₃）=$\frac{{n}_{1}}{4{t}_{1}}$ mol/（L．min），故D正确，
E．平衡常数只受温度影响，先拐先平温度高，升温平衡逆向进行，反应的平衡常数K_A＜K_B，故E正确；
F．由先拐先平压强大，则压强p_A＞p_B ，增大压强平衡正向移动，氨气物质的量增大，图象中压强越大，氨气物质的量越小，不符合实际，故F错误；
故答案为：BDE；
②A．平衡时各物质的浓度关系与起始浓度及转化率有关，不一定等于其化学计量数之比，故A错误；
B．应是3v_正（N₂）=v_逆（H₂）时反应到达平衡，故B错误；
C．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度为定值，故C错误；
D．随反应进行混合气体物质的量减小，恒温恒容下压强减小，当容器内压强保持不变时，反应到达平衡，故D正确；
故答案为：D；
（2）此时浓度商Qc=$\frac{{3}^{2}}{2×{1}^{3}}$=4.5＞K=0.5，反应向逆反应进行，则v_正（N₂）＜v_逆（N₂），
故答案为：＞；
（3）开始为氨水溶液，抑制水的电离，C点加入HN₃溶液体积为12.5mL，恰好反应得到NH₄N₃溶液，溶液显碱性，说明HN₃为弱酸，而再加入HN₃溶液，又抑制水的电离，故恰好反应的C点的水的电离程度最大；
A点加入25mL HN₃溶液，此时为等浓度的NH₄N₃、HN₃混合溶液，溶液呈酸性，说明NH₄⁺离子水解程度大于的N₃^-水解程度，反应中离子浓度大小由小到大是的顺序为：c（OH^-）＜c（H⁺）＜c（NH₄⁺）＜c（N₃^-），
故答案为：C；c（OH^-）＜c（H⁺）＜c（NH₄⁺）＜c（N₃^-）；
（5）原电池正极发生还原反应，氮气在正极获得电子，与电解质反应中氢离子结合为铵根离子，正极电极反应式为：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺，
故答案为：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡状态判断、平衡常数计算、化学平衡图象分析、盖斯定律应用、离子浓度大小比较、原电池原理等知识点，是对学生综合能力的考查，题目难度中等．