题目内容

4.含氮的化合物广泛存在于自然界,是一类非常重要的化合物.回答下列有关问题:
(1)在一定条件下:2N2(g)+6H2O(g)═4NH3(g)+3O2(g).已知该反应的相关的化学键键能数据如下:
化学键N≡NH-ON-HO=O
E/(kJ/mol)946463391496
则该反应的△H=+1268kJ/mol.
(2)电厂烟气脱氮的主要反应I:4NH3(g)+6NO(g)?5N2(g)+6H2O(g)△H<0,副反应II:2NH3(g)+8NO(g)?5N2O(g)+3H2O(g)△H>0.
①反应I的化学平衡常数的表达式为$\frac{{C}^{6}({H}_{2}O){C}^{5}({N}_{2})}{{C}^{6}(NO){C}^{4}(N{H}_{3})}$.
②对于在2L密闭容器中进行的反应I,在一定条件下n(NH3)和n(N2)随时间变化的关系如图1所示:

用NH3表示从开始到t1时刻的化学反应速率为$\frac{a-b}{2{t}_{1}}$(用a、b、t表示)mol/(L•min),图中表示已达平衡的点为CD.
③电厂烟气脱氮的平衡体系的混合气体中N2和N2O含量与温度的关系如图2所示,在温度420~550K时,平衡混合气体中N2O含量随温度的变化规律是随温度升高,N2的含量降低,造成这种变化规律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.
(3)电化学降解法可治理水中硝酸盐的污染.电化学降解NO3-的原理如图3所示,电源正极为a(填“a”或“b”),阴极电极反应式为2NO3-+10e-+12H+=6H2O+N2↑.

分析 (1)旧键断裂吸收的能量减去新键生成释放的能量值即为反应热,1molN2含有1molN≡N,1molH2°含有2molH-O,1molNH3含有3molN-H,依据△H=反应物的总键能-生成物的总键能进行计算;
(2)①平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$;
②反应速率v=$\frac{△c}{△t}$,t2时刻后n(NH3) 和n(N2) 不变,说明反应达到平衡状态;
③根据图2中随着温度升高,氮气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)硝酸根离子得电子生成氮气,则b相连的电极为阴极,所以b为负极,a为正极.

解答 解:(1)2N2(g)+6H2O(g)=4NH3(g)+3O2(g),△H=反应物的总键能-生成物的总键能=2×946KJ/mol+12×463KJ/mol-12×391KJ/mol-3×496KJ/mol=+1268KJ/mol,
故答案为:+1268;
(2)①4NH3(g)+6NO(g)═5N2(g)+6H2O(g),反应的平衡常数K=$\frac{{C}^{6}({H}_{2}O){C}^{5}({N}_{2})}{{C}^{6}(NO){C}^{4}(N{H}_{3})}$,故答案为:$\frac{{C}^{6}({H}_{2}O){C}^{5}({N}_{2})}{{C}^{6}(NO){C}^{4}(N{H}_{3})}$;
②用NH3表示从开始到t1时刻的化学反应速率=$\frac{\frac{a-b}{2}mol/L}{{t}_{1}min}$=$\frac{a-b}{2{t}_{1}}$mol/L•min,t2时刻后n(NH3) 和n(N2) 不变,说明反应达到平衡状态,图中表示已达平衡的点为CD,
故答案为:$\frac{a-b}{2{t}_{1}}$;CD;
③根据图象可知,在400K~550K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)硝酸根离子得电子生成氮气,则b相连的电极为阴极,所以b为负极,a为正极,阴极上的反应为:2NO3-+10e-+12H+=6H2O+N2↑;
故答案为:a;2NO3-+10e-+12H+=6H2O+N2↑.

点评 本题侧重化学反应速率、化学平衡常数、平衡影响因素、化学反应热量计算、电化学知识的全面考查,题目难度中等,能很好地考查学生的分析能力、化学平衡影响和反应速率影响因素及电化学知识的综合理解和运用,明确电解时离子的放电顺序及发生的电极反应和化学平衡移动原理是解答本题的关键.

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