Question

14．氨在国民经济中占有重要地位．
I．合成氨工业中，初始时氮气、氢气的体枳比为1：3时，每反应1mol N₂，放出92.2kJ热量．
（1）工业合成氨的热化学方程式是N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol．
（2）如图为合成氨反应在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下，平衡混合物中氨的体积分数．
①由图可知：p₁、p₂、p₃的大小关系为p₁＞p₂＞p₃，理由是压强越大平衡越向正向移动，平衡混合物中氨的体积分数越大．
②A、B点生成氨气的速率大小关系为v_A＜v_B．B、C点，合成氨反应的化学平衡常数大小关系为K_B=Kc，C点，N₂的转化率为66.7%．
③下列关于合成氨的说法正确是BD（填序号）．
A．断开1个N=N键的同时有6个N-H键形成，反应一定达到平衡状态
B．混合气体的平均相对分子质量不再改变状态，反应一定达到平衡状态
C．由于△H＜0、△S＞0，故合成氨反应一定能自发进行
D．增大n（N₂）：n（H₂）的比值，有利用提离H₂的转化率
II．最近美国Simons等科学家发明了不必使氨先裂化为氢就可直接用于染料电池的方法．其电池反应为4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，你认为电解质溶液应显碱性（填“酸性”“中性”或“碱性”），写出负极的电极反应式：2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O．若电池产生的电流为1A，反应时间为1小时，氨气的转化率为80%，则最低需要3600/（1.6×10^-19N_A×3×80%）mol氨气（列出计算式即可，已知一个电子的电量是1.6×10^-19C）．

Answer 1

分析 I．（1）根据热化学方程式的书写规则再写出热化学方程式；
（2）①合成氨反应为气体体积减小的反应，则压强越大平衡越向正向移动，平衡混合物中氨的体积分数越大，据此分析；
②根据温度越高，反应速率越快分析；化学平衡常数只与温度有关；由图象知C点氨气的体积分数为50%结合三组量法计算氮气的转化率；
③A．断开1个N≡N键的同时有6个N-H键形成，均表示正反应速率；
B．混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以混合气体的平均相对分子质量为不停变化的；
C．根据△G=△H-T△S＜0能自发进行判断；
D．增大n（N₂）：n（H₂）的比值，相当于增大氮气浓度；
II．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．

解答 解：（1）每反应1mol N₂，放出92.2kJ热量，则反应的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；
（3）①合成氨反应为气体体积减小的反应，则压强越大平衡越向正向移动，平衡混合物中氨的体积分数越大，所以p₁、p₂、p₃的大小关系为p₁＞p₂＞p₃，故答案为：p₁＞p₂＞p₃；压强越大平衡越向正向移动，平衡混合物中氨的体积分数越大；
②温度越高，反应速率越快，所以A、B点生成氨气的速率大小关系为v_A＜v_B；化学平衡常数只与温度有关，B、C点温度相同，则化学平衡常数大小关系为K_B=Kc；由图象知C点氨气的体积分数为50%，则
       N₂+3H₂?2NH₃
开始    1   3    0
转化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x
所以$\frac{2x}{4-2x}$=50%，解得x=$\frac{2}{3}$，则氢气的转化率为$\frac{3×\frac{2}{3}}{3}$×100%=66.7%，故答案为：v_A＜v_B；K_B=Kc；66.7%；
③A．断开1个N≡N键的同时有6个N-H键形成，均表示正反应速率，反应不一定达到平衡状态，故A错误；
B．混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以混合气体的平均相对分子质量不再改变状态，反应一定达到平衡状态，故B正确；
C．由于△H＜0、△S＜0，根据△G=△H-T△S可知合成氨反应在低温下能自发进行，故C错误；
D．增大n（N₂）：n（H₂）的比值，相当于增大氮气浓度，有利用提离H₂的转化率，故D正确；
故选：BD；
II．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；设消耗氨气是xmol，则3x×80%×N_A=3600/1.6×10^-19，解得x=3600/（1.6×10^-19N_A×3×80%）．
故答案为：碱性；2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O；3600/（1.6×10^-19N_A×3×80%）．

点评 本题考查化学平衡、电化学等知识，题目难度中等，把握电极反应式的书写，注重学生能力的训练，把握图象及数据处理即可解答．