Question

1．（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-94.4kJ•mol^-l．恒容时体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图1所示，20min时达平衡状态．
①在1L容器中发生反应，前20min内，v（NH₃）=0.050mol（L•min）^-1，放出的热量为47.2kJ；
②25min时采取的措施是将NH₃从反应体系中分离出去；
③时段Ⅲ条件下，反应平衡常数表达式为（用具体数据表示）$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$．
（2）电厂烟气脱氮的主反应①：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0，副反应②：2NH₃（g）+8NO（g）?5N₂O（g）+3H₂O（g）△H＞0．平衡混合气中N₂与N₂O含量与温度的关系如图2．平衡混合气中N₂含量随温度的变化规律是随温度升高，N₂的含量降低，导致这种变化的原因是主反应为放热反应，升温使主反应的平衡左移或者副反应为吸热反应，升温使副反应的平衡右移，降低了NH₃和NO浓度，使主反应的平衡左移（答合理的一条原因）．
（3）直接供氨式燃料电池是以NaOH溶液为电解质的．电池反应为：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，则负极电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算出前20min内氨气的平均反应速率v（NH₃），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；
②根据25min时氨气的物质的量变为0，而氮气和氢气的物质的量不变进行解答，改变的条件是分离出氨气；
③根据时段Ⅲ条件下达到平衡时各组分的浓度及平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积进行解答；
（2）根据图2中随着温度升高，氮气、N₂O的含量变化进行分析，温度对化学平衡影响及两个可逆反应的反应热情况，升温使主反应的平衡左移或者副反应为吸热反应，升温使副反应的平衡右移；
（3）根据原电池工作原理及电极反应写出该燃料电池的负极反应式，燃料失电子发生氧化反应是负极上的反应，氨气失电子在碱溶液中生成氮气，结合原子守恒和电荷守恒写出电极反应．

解答 解：（1）①根据图象可知，20min时氨气的物质的量浓度为1.00mol/L，所以氨气的平均反应速率为：v（NH₃）=$\frac{1.00mol/L}{20min}$=0.050mol（L•min）^-1；
达到平衡时生成的氨气的物质的量为：1.00 mol/L×1L=1.00mol，
根据N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1可知生成1.00mol氨气放出的热量为$\frac{1}{2}$×94.4kJ•mol^-1=47.2kJ，
故答案为：0.050mol（L•min）^-1； 47.2kJ；
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时改变的条件是将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，反应为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），图象方向可知平衡状态下[N₂]=0.25mol/L，[NH₃]=0.50mol/L，[H₂]=0.75mol/L，该反应的化学平衡常数为：K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{H}_{2}]^{3}[{N}_{2}]}$=$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$，
故答案为：$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$；
（2）根据图象可知，在400K～600K时，平衡混合气中N₂含量随温度的升高逐渐降低，主反应为放热反应，升高温度，平衡向着逆向移动，氮气的含量减小或者副反应为吸热反应，升温使副反应的平衡右移，降低了NH₃和NO浓度，使主反应的平衡左移，
故答案为：随温度升高，N₂的含量降低；主反应为放热反应，升温使主反应的平衡左移或者副反应为吸热反应，升温使副反应的平衡右移，降低了NH₃和NO浓度，使主反应的平衡左移；
（3）原电池负极失去电子发生氧化反应，所以该燃料电池中负极氨气失去电子生成氮气，碱性环境下生成氮气和水，电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

点评 本题考查了化学反应速率计算、影响化学平衡的因素及原电池工作原理，题目难度中等，注意掌握温度等因素对化学平衡的影响，原电池电极书写方法，明确化学反应速率、化学平衡常数的概念及计算方法是解题关键．