Question

6．氨可用于制取氨水、液氮、氮肥（尿素、碳铵等）、硝酸、铵盐、纯碱等，因此被广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维、塑料等行业中，最重要的化工产品之一．
（1）以甲烷为原料可制得合成氨气用的氢气．图1是一定温度、压强下，CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO（g）和2mol H₂（g）的能量变化示意图，写出该反应的热化学方程式CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁）（△H用E₁、E₂、E₃表示）．
（2）CO可使合成氨的催化剂中毒而失去活性，因此工业上常用乙酸二氨合铜（I）溶液来吸收原料气体中的CO，反应原理：[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（l）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]CH₃COO•CO（l）△H＜0，
吸收后的乙酸铜氨溶液经过适当处理后可再生而恢复其吸收CO的能力，则再生的适宜条件是B（填字母序号）．
A．高温、高压        B．高温、低压        C．低温、低压       D．低温、高压

（3）已知N₂（g）+3H₂?2NH₃（g）△H=-94.4kJ•mol^-1，恒容时，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图2所示，各时间段最终均达平衡状态．
①在2L容器中发生反应，时段Ⅰ放出的热量为94.4kJ．
②25min时采取的某种措施是将NH₃从反应体系中分离出去．
③时段Ⅲ条件下反应的平衡常数为2.37．（保留3位有数字）
（4）电化学降解N的原理如图3所示．电源正极为A（填“A”或“B”），阴极反应式为2NO₃^-+10e^-+12H⁺=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据图示信息，反应物的能量低于产物的能量，所以反应是吸热反应，反应热等于产物的能量和反应物的能量之差；
（2）依据平衡移动方向分析判断需要的条件，反应是气体体积减小的放热反应，平衡逆向进行是再生的原理，再生的适宜条件是高温低压；
（3）①根据达到平衡时生成氨气的物质的量及热化学方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1计算出放出的热量；
②25min时氨气的物质的量变为0，而氮气和氢气的物质的量不变；
③计算时段Ⅲ条件下达到平衡时各组分的浓度，可计算平衡常数；
（4）根据图知，Ag-Pt电极上硝酸根离子得电子发生还原反应，则Pt电极上失电子发生氧化反应，Pt电极为阳极、Ag-Pt电极为阴极；酸性条件下，阴极上硝酸根离子得电子和氢离子反应生成氮气和水．

解答 解：（1）根据图示信息，反应物的能量低于产物的能量，所以反应是吸热反应，反应热等于产物的能量和反应物的能量之差，即CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁），
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁）；
（2）吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，依据化学平衡[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（l）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]CH₃COO•CO（l）；△H＜0，反应是气体体积减小的放热反应，平衡逆向进行是再生的原理，再生的适宜条件是高温低压，
故答案为：B；
（3）①根据图象可知，达到平衡时生成的氨气的物质的量为：1.00 mol/L×2L=2.00mol，根据N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1可知生成2.00mol氨气放出的热量为94.4kJ，
故答案为：94.4kJ；
②25min时氨气的物质的量迅速变为0而氮气、氢气的物质的量不变，之后氮气、氢气的物质的量逐渐减小，氨气的物质的量逐渐增大，说明25min时将NH₃从反应体系中分离出去，
故答案为：将NH₃从反应体系中分离出去；
③时段Ⅲ条件下，该反应的化学平衡常数为：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（{N}_{2}）}$=$\frac{0.5{0}^{2}}{0.7{5}^{3}×0.25}$≈2.37，
故答案为：2.37；
（4）根据图知，Ag-Pt电极上硝酸根离子得电子发生还原反应，则Pt电极上失电子发生氧化反应，Pt电极为阳极、Ag-Pt电极为阴极；酸性条件下，阴极上硝酸根离子得电子和氢离子反应生成氮气和水，所以A为电源正极，阴极反应式为2NO₃^-+10e^-+12H⁺=N₂+6H₂O，
故答案为：A；2NO₃^-+10e^-+12H⁺=N₂+6H₂O．

点评 本题考查化学平衡计算、电解原理、影响化学平衡的因素等知识点，侧重考查学生分析、计算能力，正确分析图象及灵活运用化学反应原理是解本题关键，难点是电解池中电极反应式的书写．