Question

氨是一种重要的化工产品，是氮肥工业、有机合成工业以及制造硝酸、铵盐和纯碱等的原料．
（1）以氨为燃料可以设计制造氨燃料电池，因产物无污染，在很多领域得到广泛应用．若电极材料均为惰性电极，KOH溶液作电解质溶液，则该电池负极电极反应式为

 

．
（2）在一定温度下，在固定体积的密闭容器中进行可逆反应：N₂+3H₂ ?2NH₃．该可逆反应达到平衡的标志是

 

．
A．3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆
B．单位时间生成m mol N₂的同时消耗3m mol H₂
C．容器内的总压强不再随时间而变化
D．混合气体的密度不再随时间变化
E．a molN≡N键断裂的同时，有6amolN-H键断裂
F．N₂、H₂、NH₃的分子数之比为1：3：2
（3）某化学研究性学习小组模拟工业合成氨的反应．在容积固定为2L的密闭容器内充入1molN₂和3molH₂，加入合适催化剂（体积可以忽略不计）后在一定温度压强下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：

反应时间/min	0	5	10	15	20	25	30
压强/MPa	16.80	14.78	13.86	13.27	12.85	12.60	12.60

则从反应开始到25min时，以N₂表示的平均反应速率=

 

；该温度下平衡常数K=

 

；
（4）以CO₂与NH₃为原料合成尿素[化学式为CO（NH₂）₂]的主要反应如下，已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂ NH₄（s）△H=-l59.5kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ?mol^-1
③H₂O（1）═H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
写出CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式

 

；
对于上述反应②在密闭容器中将过量NH₂CO₂NH₄固体于300K下分解，平衡时P[H₂O（g）]为aPa，若反应温度不变，将体系的体积增加50%，则P[H₂O（g）]的取值范围是

 

（用含a的式子表示）．（分压=总压×物质的量分数）

Answer 1

考点：用化学平衡常数进行计算,热化学方程式,化学电源新型电池,反应速率的定量表示方法,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）碱性燃料电池中，负极上燃烧失电子发生氧化反应；
（2）当可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的质量、百分含量及浓度不变；
（3）同一温度下，容器中气体压强与总的物质的量成正比，根据压强计算平衡时混合气体的物质的量，再根据v=

△C

△t

计算氮气的平均反应速率；根据平衡时各物质的浓度计算其平衡常数；
（4）根据盖斯定律书写其热化学反应方程式；增大体积，相当于减小压强，可逆反应向气体体积增大的方向移动，根据平衡常数不变进行计算．

解答： 解：（1）碱性燃料电池中，负极上燃烧失电子发生氧化反应，所以该原电池中负极上氨气失电子和氢氧根离子反应生成氮气和水，电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，故答案为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（2）A．2v（H₂）_正=3v（NH₃）_逆时，该反应达到平衡状态，所以3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆时该反应没有达到平衡状态，故错误；
B．单位时间生成m mol N₂的同时消耗3m mol H₂，正逆反应速率相等，所以该反应达到平衡状态，故正确；C．容器内的总压强不再随时间而变化，反应体系中各物质的浓度不变，所以达到平衡状态，故正确；
D．无论该反应是否达到平衡状态，混合气体的密度不随时间变化，所以密度不能作为判断依据，故错误；
E．a molN≡N键断裂的同时，有6amolN-H键断裂，正逆反应速率相等，所以该反应达到平衡状态，故正确；
F．N₂、H₂、NH₃的分子数之比为1：3：2时该反应不一定达到平衡状态，与反应物的初始浓度及转化率有关，故错误；
故选BCE；
（3）同一温度下，容器中气体压强与总的物质的量成正比，设平衡状态时混合气体的物质的量为x，
16.80：12.60=（1+3）mol：x，x=

4mol×12.60

16.80

=3，所以平衡时混合气体的物质的量为3mol，
设参加反应的氮气的物质的量为y，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）物质的量减少
1mol                        2mol
y                         （4-3）mol
1mol：2mol=y：（4-3）mol，
y=

1mol×(4-3)mol

2mol

=0.5mol，
则从反应开始到25min时，以N₂表示的平均反应速率=

0.5mol 2L

25min

=0.01mol/（L．min），
平衡时，c（N₂）=

0.5mol

2L

=0.25mol/L、c（H₂）=

3mol-3×0.5mol

2L

=0.75mol/L、c（NH₃）=

0.5mol×2

2L

=0.5mol/L，化学平衡常数K=

0.5×0.5

0.25×(0.75)3

（ mol/L）^-2=2.37（ mol/L）^-2，
故答案为：0.01 mol/（L．min）；2.37（ mol/L）^-2；
（4）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.5kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ?mol^-1
③H₂O（1）═H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
将方程式①+②-③得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ?mol^-1，
增大容器容积时，假设平衡不移动，压强与体积成反比，所以其压强为原来的

2

3

，实际上增大容器体积，压强减小，平衡向正反应方向移动，温度不变，平衡常数不变，最终水蒸气浓度不变，所以压强为aPa，即P[H₂O（g）]的取值范围是

2

3

a＜P[H₂O（g）]≤a，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ?mol^-1；

2

3

a＜P[H₂O（g）]≤a．

点评：本题考查较综合，涉及化学平衡计算、平衡判断、原电池原理等知识点，侧重考查知识运用能力，化学平衡判断时只有“反应前后改变的物理量”才能作为判断依据，难点是（4）题，注意反应方程式②的特点，题目难度中等．