Question

氮是一种非常重要的元素，它的单质和化合物应用广泛，在科学技术和生产有重要的应用．试回答下列问题：

（1）N₂和H₂为原料合成氨气的反应为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，下列措施可以使化学平衡正向移动的是（填选项序号）

 

．
a．选择适当的催化剂     b．增大压强     c．及时分离生成的NH₃     d．升高温度
（2）在恒温条件下，将N₂和H₂按一定比例混合的气体充入一个2L固定容积的密闭容器中，10分钟后反应达到平衡时，n（N₂）=1.0mol，n（H₂）=1.0mol，n（NH₃）=0.4mol．
a．能说明化学反应达到平衡的标志是：

 

（填序号）
①每断开1molN≡N的同时断开6molN-H键   ②气体密度保持不变   ③平均相对分子质量保持不变   ④2v_正（H₂）=3v_正（NH₃）    ⑤各物质的浓度相同
b．向该平衡体系中加入三种物质各1mol，则化学平衡向

 

移动（正向、逆向、不移动）
（3）在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＞0
该反应的反应速率（v）随时间（t）变化的关系如图1所示．若t₂、t₄时刻只改变一个条件，下列说法正确的是（填选项序号）

 

．
a．在t₂时，采取的措施可能是升高温度
b．在t₃→t₄时，可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态
c．在t₀→t₅时，容器内NO₂的体积分数在t₃→t₄时的值最大
（4）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
请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：

 

．
（5）直接供氨式碱性燃料电池的电池反应式是4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，电解质溶液一般使用KOH溶液，现在用供氨式碱性燃料电池电解足量的AgNO₃溶液．已知乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N、两个电极的质量都不减少，请回答下列问题：
①M电极的材料是

 

，乙池中N电极的电极反应式为

 

．
②在此过程中，乙池中某一电极析出金属银32.4g，若此时乙池溶液的体积为300mL，则乙池中溶液的pH为

 

．甲池通入NH₃

 

L（标准状况下）

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断,化学反应速率与化学平衡图象的综合应用

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）a．催化剂改变反应速率不改变化学平衡；
b．增大压强平衡向气体体积缩小的方向进行；
c．分离出氨气平衡正向进行；
d．反应是放热反应升温平衡逆向进行；
（2）平衡的特征为正逆反应速率相等、各物质浓度不变及由此衍生的物理量不变，平衡常数用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，由Q与K的关系判断平衡的移动；
（3）2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．反应是气体体积减小的吸热反应；
a．反应是吸热反应升温正逆反应速率增大，平衡正向进行；
b．反应中气体质量守恒，体积不变，过程中密度不变；
c．依据图象分析器内NO₂的体积分数在t₃～t₄时最大；
（4）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需让化学方程式，结合热化学方程式定量关系计算；
（5）①燃料电池中，负极是燃料发生失电子的氧化反应，由图可知，氨气在负极上失去电子，M与负极相连为阴极，工作时M、N、两个电极的质量都不减少，则Fe为阴极，乙池中N电极为阳极，氢氧根离子得到电子；
②乙池中某一电极析出金属银32.4g，n（Ag）=

32.4g

108g/mol

=0.3mol，结合电极反应、电子守恒计算．

解答： 解：（1）a．选择适当的催化剂，加快反应速率，不影响平衡移动，H₂的转化率不变，故a错误；
b．增大压强，平衡向正反应移动，H₂的转化率增大，故b正确；
c．及时分离生成的NH₃，生成物浓度降低，平衡向正反应移动，H₂的转化率增大，故c正确；
d．升高温度，平衡向逆反应移动，H₂的转化率降低，故d错误；
故答案为：bc；
（2）a．①每断开1molN≡N的同时断开6molN-H键，正逆反应速率相同，达到平衡状态，故正确；
②混合气体的质量、V不变，则气体密度始终保持不变，不能判断平衡状态，故错误；
③混合气体的总物质的量为变量，则平均相对分子质量保持不变，达到平衡状态，故正确；
④2v_正（H₂）=3v_正（NH₃），正逆反应速率相同，达到平衡状态，故正确；
⑤各物质的浓度相同，与起始浓度与转化率有关，不能判断平衡状态，故错误；
故答案为：①③④；
b．在恒温条件下，将N₂与H₂按一定比例混合的气体充入一个2L固定容积的密闭容器中，10分钟后反应达平衡时，n（N₂）=1.0mol，n（H₂）=1.0mol，n（NH₃）=0.4mol，
K=

(0.2)2

0.5×(0.5)3

=0.64，向该平衡体系中加入三种物质各1mol，则Q=

(0.2+0.5)2

1×13

=0.49＜K，则平衡正向移动，故答案为：正向；
（3）2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＞0，反应是气体体积减小的放热反应，
a．正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，在t₂时，正、逆速率都增大，且正反应速率增大更多，平衡向正反应移动，则改变条件是升温，故正确；
b．恒容条件下，反应混合气体的总质量不变，密度始终不变，所以不能说明反应达到平衡状态，故错误；
c．由图可知，在t₂时，改变条件平衡向正反应移动，t₃时到达平衡，t₄时瞬间正反应速率不变，逆反应速率减小，平衡向正反应进行，应是NO₂降低的浓度，故容器内NO₂的体积分数在t₃时值的最大，故正确；
故选ac；
（4）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，
②N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol，
由盖斯定律①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=905.2kJ/mol，
故答案为：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=905.2kJ/mol； 
（5）①由图可知，氨气在负极上失去电子，M与负极相连为阴极，工作时M、N、两个电极的质量都不减少，则Fe为阴极，乙池中N电极为阳极，氢氧根离子得到电子，电极反应为4OH^-+4e^-=O₂↑+2H₂O，故答案为：Fe；4OH^-+4e^-=O₂↑+2H₂O；
②乙池中某一电极析出金属银32.4g，n（Ag）=

32.4g

108g/mol

=0.3mol，转移0.3mol电子，由4OH^-+4e^-=O₂↑+2H₂O可知，溶液中c（H⁺）=

0.3mol

0.3L

=1mol/L，则pH=0；甲中2NH₃-6e^-+6OH^-═N₂+6H₂O，由电子守恒可知，氨气的体积为0.3mol×

2

6

×22.4L/mol=2.24L，故答案为：2.24．

点评：本题考查较综合，涉及反应速率与图象、盖斯定律计算、原电池及化学平衡的计算等，综合性强，为高考中常见的拼凑试题，侧重反应原理的考查，题目难度中等．