Question

氨是一种重要的化工原料，氨的合成和应用时当前的重要研究内容之一．
（1）一定条件下，在一个密闭的容器中充入气体：N₂ 2mol、H₂ 6mol，达到平衡后N₂的转化率为50%，同时放热92.3kJ．
①该反应的热化学方程式为：

 

．
②升高温度，该反应的平衡常数K值

 

（填“增大”“减小”或“不变”）．
③在一定条件下，在密闭容器中发生合成氨反应，N₂、H₂、NH₃的起始浓度分别为c₁、c₂、c₃（均不为0）．当反应达到平衡时，它们的浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.08mol/L．下列说法中不正确的是

 

（填字母）．
A．当H₂与NH₃生成速率为3：2时，反应一定达到平衡状态
B．H₂与N₂的转化率一定相等
C．c₁一定等于0.14mol/L
D．c₃的取值范围为0＜c₃＜0.28mol/L
E．使用催化剂可以提高氨气的转化率
（2）利用反应8NH₃+6NO₂?7N₂+12H₂O可处理大气污染气体NO₂．当转移1.2mol电子时，消耗的NO₂在标况下的体积是

 

．
（3）最近科学家发明了不必使氨先裂化为氢就可以直接用于燃料电池的方法，其装置为用铂黑作为电极，加入电解质溶液中，一个电极通入空气，另一电极通入氨气．其电池反应为4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，则通入氨气的一极应为

 

（填“正极”或“负极”），该电极反应式为

 

．
（4）工业上净化处理铬污染方法之一是：将含K₂Cr₂O₇酸性废水放人电解槽内，加入适量的NaCl，以Fe和石墨为电极进行电解．经过一段时间后，生成Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去（已知K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp[Cr（OH）₃]=6.0×l0^-31）．已知电解后的溶液中c（Fe）为2.0×10^-13mol/L，则溶液中c（Cr³⁺）为

 

mol/L．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：化学平衡专题,电离平衡与溶液的pH专题,电化学专题

分析：（1）①依据题干数据计算反应1mol氮气放热92.3KJ．依据热化学方程式书写方法写出；
②反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小；
③A、反应速率之比等于化学方程式计量数之比，氢气生成速率和消耗速率相同，反应达到平衡；
B、反应物的转化率和反应物的初始浓度以及变化浓度有关系；
C、c₁一定等于0.14mol/L，是极值转化后氮气的浓度，实质是加入的氮气、氢气和氨气，氮气浓度不是0.14mol/L；
D、依据极值法计算分析；
E、催化剂改变反应速率不改变化学平衡；
（2）依据氧化还原反应电子转移和定量关系计算消耗气体体积；
（3）氨气为碱性气体，易与酸反应，应用碱性电解质，负极发生氧化反应；
（4）根据电解后溶液中c（Fe³⁺），由K_sP[Fe（OH）₃]计算溶液中c（OH^-），再根据K_sp[Cr（OH）₃]计算溶液中c（Cr³⁺）．

解答： 解：（1）一定条件下，在一个密闭的容器中充入气体：N₂ 2mol、H₂ 6mol，达到平衡后N₂的转化率为50%，同时放热92.3kJ，说明反应1mol氮气放热92.3KJ，
①1mol氮气完全反应放热92.3kJ，反应的热化学方程式为：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.3kJ/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.3kJ/mol；
②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.3kJ/mol，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小；
故答案为：减小；
③当反应达到平衡时，它们的浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.08mol/L，
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）
0.1     0.3       0.08
0.14    0.42      0
0       0         0.28
A．当H₂与NH₃生成速率为3：2时，说明对氢气或氨气正逆反应速率相同，反应一定达到平衡状态，故A正确；
B．氮气和氢气平衡浓度之比为1；3，所以起始浓度一定按照1：3，所以H₂与N₂的转化率一定相等，故B正确；
C．如果c₁一定等于0.14mol/L，那么反应应该是正向进行，而题中已知反应不一定是正方向进行，答案给的0.14是按照如果NH₃的起始量为零的情况下正方向进行才会是0.14，因为转化量之比等于系数比，又由题知起始量不为零，故C错误；
D．按照极限法来算，如果正反应方向进行的，生成0.08mol，那么极限值NH₃的起始量为零，如果逆反应方向进行那么生成0.1mol的N₂和0.3mol的H₂那么极限值的NH₃起始量为0.28，又由题中条件告诉起始量不为零所以氨气的起始量应该介于0-0.28之间，c₃的取值范围为0＜c₃＜0.28mol/L，故D正确；
E．使用催化剂改变反应速率不改变化学平衡，所以不可以提高氨气的转化率，故E错误；
故答案为：CE；
（2）利用反应8NH₃+6NO₂?7N₂+12H₂O可处理大气污染气体NO₂，转移24mol电子消耗二氧化氮6mol，当转移1.2mol电子时，消耗的NO₂物质的量为0.3mol，标况下的体积为0.3mol×22.4L/mol=6.72L，
故答案为：6.72L；
（3）氨气为碱性气体，易与酸反应，所以电解质溶液应呈碱性，负极发生氧化反应，氨气被氧化生产氮气，电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案为：负极；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（4）电解后溶液中c（Fe³⁺）=2.0×10^-13mol/L，则溶液中c³（OH^-）=

4×10-38

2×10-13

mol/L=2×10^-25mol/L，故溶液中c（Cr³⁺）=

6×10-31

2×10-25

mol/L=3×10^-6mol/L，
故答案为：3×10^-6．

点评：本题考查了热化学方程式分析书写，化学平衡影响因素、平衡常数计算、平衡标志判断的理解应用，原电池和电解池原理的分析应用，注意平衡中极值方法的计算应用是解题关键，题目难度中等．