Question

10．利用N₂和H₂可以实现NH₃的工业合成，而氨又可以进一步制备硝酸，在工业上一般可进行连续生产．请回答下列问题：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
若有17g 氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气所放出的热量为226.3kJ．
（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低于T₁（填“高于”、“低于”、“等于”“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在起始体系中加入N₂的物质的量为$\frac{n}{3}$mol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（T₂），反应的平衡常数K=2.08．
（3）N₂O₅是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注．
①一定温度下，在恒容密闭容器中N₂O₅可发生下列反应：
2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g）△H＞0下表为反应在T₁温度下的部分实验数据

t/s	0	500	1000
c（N2O5）/mol•L-1	5.00	3.52	2.48

则500s内NO₂的平均生成速率为0.00592 mol•（L^-1•s^-1 ）．
②现以H₂、O₂、熔融盐Na₂CO₃组成的燃料电池，采用电解法制备N₂O₅，装置如图2所示，其中Y为CO₂．
写出石墨I电极上发生反应的电极反应式H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O．
在电解池中生成N₂O₅的电极反应式为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）由已知热化学方程式根据盖斯定律构造目标热化学方程式，然后再求热量Q；
（2）①根据温度升高化学平衡向着吸热方向进行；
②根据增加氢气的物质的量化学平衡向着正反应方向移动；
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；根据化学平衡状态是反应物的转化率最大、生成物的产率最大来回答；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）①500s，c（N₂O₅）变化量为5.00-3.52=1.48mol/L，结合v=$\frac{△c}{△t}$计算，由速率之比等于化学计量数之比求算即可；
②燃料原电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，负极上燃料失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水；先根据化合价判断生成N₂O₅的电极，N₂O₅中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N₂O₅，即在阳极区域生成，再根据离子的放电顺序写出电极反应式；

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
由盖斯定律可知，①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol，
17g 氨气的物质的量为：$\frac{17g}{17g/mol}$=1mol，放出的热量Q=1×$\frac{905.0KJ}{4}$=226.3kJ，
故答案为：226.3kJ；
（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：低于；
②b点代表平衡状态，c点又加入了氢气，故平衡向右移动，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$\frac{n}{3}$，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1，mol/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=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（{N}_{2}）}$=$\frac{（1.2mol/L）^{2}}{（0.4mol/L）×（1.2mol/L）^{3}}$=2.08 （mol/l）^-2，
故答案为：$\frac{n}{3}$；2.08；
（3）①500s，c（N₂O₅）变化量为5.00-3.52=1.48mol/L，则v（N₂O₅）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.48mol/L}{500s}$=0.00296mol•L^-1•s^-1，由速率之比等于化学计量数之比可知，v（NO₂）=0.00296mol•L^-1•s^-1×2=0.00592 mol•（L^-1•s^-1），
故答案为：0.00592 mol•（L^-1•s^-1）；
②燃料原电池中，负极上燃料失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；
N₂O₅中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N₂O₅，即在阳极区域生成，据电极反应离子放电顺序可知：阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑的反应，则阳极为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案为：H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

点评 本题考查了盖斯定律、外界条件对反应速率和平衡的影响、平衡的判断等，题目难度中等，注重高考常考点的考查，注意图象和表格中数据的分析．