Question

13．工业合成氨反应具有非常重要的意义．
（1）已知：氢气的燃烧热为286.0kJ•mol^-1，氨气的燃烧热为382.5kJ•mol^-1，则合成氨反应的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1．
（2）对可逆反应N₂（g）+3H₂（g）≒2NH₃（g） 若起始投料n（N₂）：n（H₂）=1：1，达平衡后，降低温度，N₂的体积分数会C．
A．增大       B．减小       C．不变        D．不能判断
（3）T℃，以CO₂和NH₃为原料可合成化肥尿素2NH₃（g）+CO₂（g）═CO （NH₂）₂（s）+H₂O（l）；在2L的密闭容器中，通入1.2mol NH₃和0.6mol CO₂，2min时反应刚好达到平衡，此时，c（NH₃）=0.2mol•L^-1，c（CO₂）=0.1mol•L^-1．
①前2min内，用NH₃浓度变化表示的化学反应速率是0.2mol•L^-1•min^-1．平衡常数K=250．
②若2min 时保持T℃和平衡时容器的压强不变，再向体积可变的容器中充入0.6mol NH₃，则此时反应的v正＜ v逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．
③若保持T℃，在2min时把容器体积瞬间压缩到1L且保持体积不变，3min时达到新平衡，请在图1中画出2min到3min内NH₃浓度变化曲线

（4）电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染，电化学降解NO₃^- 的原理如图2所示．
①在如图2的装置中，电源正极为A（填“A”或“B”），阴极反应式为2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂↑+6H₂O．
②若点解过程中转移了1mol电子，则膜两侧点解液的质量变化差值（△m左-△m右）为7.2g．

Answer 1

分析 （1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-286KJ/mol，
②$\frac{2}{3}$NH₃（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{3}$N₂（g）+H₂O（l）△H=-382.5KJ/mol，①×3-②×2得，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1；
（2）w（N₂）=$\frac{1}{1+1}×100%$=50%，再根据三段式求出反应后氮气的体积分数，前后进行比较；
（3）据v=$\frac{△c}{△t}$；K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$据此进行计算；
②若保持T℃和平衡时容器的压强不变，再向体积可变的容器中充入0.6mol NH₃，体积瞬间变为4L，此时c（NH₃）=0.25mol•L^-1，c（CO₂）=0.05mol•L^-1，反应的浓度商Q=$\frac{1}{0.2{5}^{2}×0.05}$=320，Q＞K，所以平衡逆向移动；
③2min时把容器体积瞬间压缩到1L，此时c（NH₃）=0.4mol•L^-1，保持T℃不变，平衡常数K不变，则3min平衡时NH₃浓度仍为 0.2mol•L^-1，据此进行作图；
（4）①由图示知在Ag-Pt电极上NO₃^-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极；在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，据此进行分析；
②转移1mol电子时，阳极产生O₂8 g，并产生1g H⁺进入阴极室，阳极室质量减少9 g，阴极室中放出0.1 mol N₂，质量减少2.8g，同时有1mol H⁺进入阴极室，阴极室质量共减少1.8g，若电解过程中转移了1mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差值（△m_左-△m_右）为9g-1.8g=7.2 g．

解答 解：（1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-286KJ/mol，
②$\frac{2}{3}$NH₃（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{3}$N₂（g）+H₂O（l）△H=-382.5KJ/mol，①×3-②×2得，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1；
（2）开始w（N₂）=$\frac{1}{1+1}×100%$=50%，设开始氮气，氢气的物质的量分别为1mil，1mol，
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始量 1              1                    0
转化量 X            3X                  2X
平衡量 1-X         1-3X               2X，
反应后氮气的体积分数为$\frac{1-X}{1-X+1-3X+2X}×100%$=$\frac{1-X}{2-2X}$×100%=50%，则N₂的体积分数恒为50%，由此可见，平衡时N₂的体积分数保持不变，
故答案为：C；
（3）①2NH₃（g）+CO₂（g）═CO （NH₂）₂（s）+H₂O（l）；
初始量（c） 0.6               0.3               0                            0
转化量          0.4               0.2
平衡量          0.2               0.1
v（NH₃）=$\frac{0.4mol/L}{2min}$=0.2mol•L^-1•min^-1；
K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$=$\frac{1}{0．{2}^{2}×0.1}$=250；
故答案为：0.2mol•L^-1•min^-1；250；
②若保持T℃和平衡时容器的压强不变，再向体积可变的容器中充入0.6mol NH₃，体积瞬间变为4L，此时c（NH₃）=0.25mol•L^-1，c（CO₂）=0.05mol•L^-1，反应的浓度商Q=$\frac{1}{0.2{5}^{2}×0.05}$=320，Q＞K，所以平衡逆向移动，v正＜v逆，
故答案为：＜；
③2min时把容器体积瞬间压缩到1L，此时c（NH₃）=0.4mol•L^-1，保持T℃不变，平衡常数K不变，则3min平衡时NH₃浓度仍为 0.2mol•L^-1，故图象，
故答案为：；
（4）①由图示知在Ag-Pt电极上NO₃^-发生还原反应，因此Ag-Pt电极为阴极，则B为负极，A为电源正极；在阴极反应是NO₃^-得电子发生还原反应生成N₂，利用电荷守恒与原子守恒知阴极上发生的电极反应式为：2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂↑+6H₂O，
故答案为：A；2NO₃^-+12H⁺+10e^-═N₂↑+6H₂O；
②转移1mol电子时，阳极产生O₂8 g，并产生1g H⁺进入阴极室，阳极室质量减少9 g，阴极室中放出0.1 mol N₂，质量减少2.8g，同时有1mol H⁺进入阴极室，阴极室质量共减少1.8g，若电解过程中转移了1mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差值（△m_左-△m_右）为9g-1.8g=7.2 g，
故答案为：7.2．

点评 本题考查热化学方程式的书写，化学反应速率及平衡常数的计算，电极反应方程式的书写等，本题难度中等．