Question

已知工业上合成氨的反应为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．在一体积为2L的密闭容积中，加入0.20mol的N₂和0.60mol的H₂，反应中NH₃的物质的量浓度的变化情况如图所示，请回答下列问题：

（1）写出该反应平衡常数的表达式K=

 

（2）反应进行到4分钟到达平衡．请计算从反应开始到刚刚平衡，平均反应速率v（NH₃）为

 

；
（3）5分钟时，保持其它条件不变，把容器的体积缩小一半，平衡

 

移动（填“向逆反应方向”、“向正反应方向”或“不”）
原因是：

 

．
化学平衡常数将

 

（填“增大”、“减少”或“不变”）．
（4）在第5分钟时将容器的体积瞬间缩小一半后，若在第8分钟时达到新的平衡（此时NH₃的浓度约为0.25mol?L^-1），请在图中画出第5分钟后NH₃浓度的变化曲线．
（5）N₂和H₂的反应还有其它应用．如：有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，分别以N₂、H₂为电极反应物，以HCl-NH₄Cl溶液为电解质溶液制造新型燃料电池，试写出该电池的正极电极反应式

 

．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）依据平衡常数概念写出，用生成物浓度的幂次方乘积除以反应物浓度的幂次方乘积；
（2）分析图象到4min氨气的浓度增大0.10mol/L，依据化学反应速率概念计算得到；
（3）体积缩小一半相当于增大体系的压强，平衡向气体分子数减小的方向即正反应方向移动；
（4）在第5分钟时将容器的体积瞬间缩小一半后，若在第8分钟时达到新的平衡（此时NH₃的浓度约为0.25mol?L^-1），图象起点标对，拐点、平台、走势是绘制关键；先判断把容器的体积缩小一半的瞬间氨气的浓度，再结合平衡时的浓度作图；
（5）原电池中失电子的在负极发生氧化反应，得到电子的在原电池正极发生还原反应．

解答： 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反应平衡常数的表达式 K=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
故答案为：

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
（2）反应进行到4分钟到达平衡．请计算从反应开始到刚刚平衡，平均反应速率v（NH₃）=

0.10mol/L

4min

=0.025mol/（L?min）；
故答案为：0.025mol/（L?min）；
（3）该反应是气体体积减小的反应，把容器的体积缩小一半，增大了反应体系的压强，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动；化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变．
故答案为：向正反应方向；若只把容器的体积缩小一半，各种物质的浓度都加倍，浓度熵Q＜K，平衡向正向移动；不变；
（4）把容器的体积缩小一半的瞬间氨气的浓度，氨气的浓度变为0.20mol/L，平衡后浓度约为0.25mol/L，图象为：
故答案为：；
（5）以N₂、H₂为电极反应物，以HCl-NH₄Cl溶液为电解质溶液制造新型燃料电池，氮气在正极得到电子发生还原反应，电极反应为N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺；
故答案为：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．

点评：本题考查了化学反应速率的定量表示方法、化学平衡常数、化学平衡的影响因素，原电池电极反应等知识点，同一化学反应中化学平衡常数只与温度有关，与反应物、生成物的浓度无关，图象分析绘制是解题关键，题目难度中等．