Question

利用N₂和H₂可以实现NH₃的工业合成，而氨又可以进一步制备硝酸，在工业上一般可进行连续生产．请回答下列问题：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
写出氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气的热化学方程式为

 

．
（2）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）反应的影响．
实验结果如图1所示：

（图中T表示温度，n表示物质的量）
①图象中T₂和T₁的关系是：T₂

 

T₁（填“高于”“低于”“等于”“无法确定”）
②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N₂的转化率最高的是

 

（填字母）．
③若容器容积为1L，在起始体系中加入1mol N₂，n=3mol反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则此条件下（T₂），反应的平衡常数K=

 

．保持容器体积不变，再向容器中加入1mol N₂，3mol H₂反应达到平衡时，氢气的转化率将

 

（填“增大”、“减”或“不变”）．
（3）N₂O₅是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注．
①一定温度下，在恒容密闭容器中N₂O₅可发生下列反应：
2N₂O₅（g）═4NO₂（g）+O₂（g）△H＞0下表为反应在T₁温度下的部分实验数据

t/s	0	50	100
c（N2O5）/mol?L-1	5.0	3.5	2.4

则50s内NO₂的平均生成速率为

 

．
②现以H₂、O₂、熔融盐Na₂CO₃组成的燃料电池，采用电解法制备N₂O₅，装置如图2所示，其中Y为CO₂．
写出石墨I电极上发生反应的电极反应式

 

．在电解池中生成N₂O₅的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：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,产物的百分含量随浓度、时间的变化曲线,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据盖斯定律来求反应的焓变，然后根据反应放出的热量与物质的量成正比；
（2）①根据温度升高化学平衡向着吸热方向进行；
②根据a、b、c三点的意义来回答；
③根据反应物的物质的量之比为等于化学计量数之比时，达平衡状态时生成物的百分含量最大；根据化学平衡状态是反应物的转化率最大、生成物的产率最大来回答；先求出各自的平衡浓度，然后根据平衡常数的概念来回答；
（3）结合表中数据，根据v（N₂O₅）=

△c

△t

求算；
②燃料原电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；先根据化合价判断生成N₂O₅的电极，再根据离子的放电顺序写出电极反应式．

解答： 解：（1）N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol       ①
        N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol       ②
        2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol      ③
由盖斯定律①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=905.0kJ/mol；     
故答案为：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol；   
（2）①反应为放热反应，温度升高化学平衡向着吸热方向进行，从T₁到T₂反应物氨气的量增加，平衡正向移动，该反应放热，故T₂＜T₁，故答案为：低于；
 ②b点代表平衡状态，c点又加入了氢气，故平衡向右移动，氮气的转化率增大，故答案为：c；
 ③当氮气和氢气的物质的量之比为1：3时达平衡状态时氨的百分含量最大，平衡点时产物的产率最大，据图示，当平衡时氢气的物质的量为n，故加入N₂的物质的量为

n

3

，当n=3mol反应达到平衡时H₂的转化率为60%，故起始氮气浓度为1，mol/l，变化的氢气浓度为1.8mol/l，变化的氮气浓度为0.6mol/l，平衡时氮气、氢气、氨气的浓度分别是0.4mol/l、1.2mol/l、1.2mol/l，据K=

c2(NH3)

c3(H2)?c(N2)

=

1．22

1．23?0.4

=2.08，保持容器体积不变，再向容器中加入1mol N₂，3mol H₂反应达到平衡时，相当于增大压强，氢气的转化率将增大，
故答案为：2.08；增大；
（3）①由图可知，50s内N₂O₅表示的反应速率=

(5.0-3.5)mol/L

50s

═0.03mol?L^-1?s^-1，二氧化氮表示的反应速率是四氧化二氮的2倍，即为：0.06mol?L^-1?s^-1，
故答案为：0.06mol?L^-1?s^-1；
②燃料原电池中，负极上燃料失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；
N₂O₅中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N₂O₅，即在阳极区域生成，据电极反应离子放电顺序可知：阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑的反应，则阳极为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案为：H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

点评：本题主要考查了盖斯定律、化学平衡常数、外界条件对反应速率和平衡的影响、电解池的工作原理知识，难度较大，易错题为（3）②题，会根据化合价的变化确定生成N₂O₅的电极，根据离子的放电顺序写出相应的电极反应式．