Question

【题目】液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被重视。它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。

（1）氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应：

①4NH3(g)+5O2(g)＝4NO(g)+6H2O(l) ΔH1

②4NH3(g)+6NO(g)＝5N2(g)+6H2O(l) ΔH2

则4NH3(g)+3O2(g)＝2N2(g)+6H2O(l)的ΔH＝_____。(请用含有ΔH1、ΔH2的式子表示)

（2）氨气可以直接用于燃料电池，选择碱性溶液作为电解质溶液，写出负极的电极反应式__________。

（3）已知合成氨反应的方程式为N2+3H22NH3，其平衡常数K的数值和温度的关系如下：

温度/℃	200	300	400
K	1.00	0.86	0.50

①由上表数据可知该反应ΔH______0(填“>”或“<”)。

②400℃时，测得某时刻c(N2)＝1 mol·L-1、c(H2)＝3 mol·L-1、c(NH3)＝2 mol·L-1，此时刻该反应的v正____v逆(填“>”“=”或“<”)。

（4）下图是密闭反应器中按n(N2)∶n(H2)＝1∶3投料后合成NH3，在200℃、400℃、600℃下，反应达到平衡时，混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线。

①曲线a对应的温度是__________________。

②关于合成氨的反应，下列叙述正确的是________。

A. 及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率

B. 加催化剂能加快反应速率且提高H2的平衡转化率

C. 图中M、Q点平衡常数K的关系是K(M)>K(Q)

③M点对应的H2的转化率是____________________。

④400℃时，将1mol N2和3mol H2充入恒压密闭容器中，下图分别代表焓变(ΔH)、混合气体平均相对分子质量(M)、N2质量分数[φ(N2)]和混合气体密度(ρ)与反应时间（t）的关系，下图正确且能表明该反应达到平衡状态的是_____________________。

Answer 1

【答案】0.6△H1+0.4△H2 2NH3+6OH--6e-＝N2+6H2O ＜ ＞ 200℃ A 75% BCD

【解析】

（1）根据盖斯定律计算反应热；

（2）氨气在负极失电子发生氧化反应，结合电子守恒、原子守恒书写电极反应式；

（3）①由图表数据分析，平衡常数随温度升高减小，说明升温平衡逆向进行；

②计算此时的浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向；

（4）①合成氨反应放热，温度越低氨气的百分含量越高；

②合成氨是气体体积减小的放热反应，结合平衡移动原理分析判断选项；

③结合三段式列式计算；

④根据可逆反应中变量不变反应达到平衡状态分析解答。

（1）已知：

①4NH3(g)+5O2(g)＝4NO(g)+6H2O(l) ΔH1

②4NH3(g)+6NO(g)＝5N2(g)+6H2O(l) ΔH2

根据盖斯定律可知，（①×3+②×2）×1/5得到4NH3(g)+3O2(g)＝2N2(g)+6H2O(l)，则△H＝0.6△H1+0.4△H2；

（2）由总反应4NH3+3O2＝2N2+6H2O可知正极反应为O2+2H2O+4e-＝4OH-，由电子守恒和电荷守恒可知，负极是氨气失电子发生氧化反应，电极反应式为2NH3+6OH--6e-＝N2+6H2O；

（3）①图表数据分析，平衡常数随温度升高减小，说明升温平衡逆向进行，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，△H＜0；

②400℃时，测得某时刻c(N2)＝1 mol·L-1、c(H2)＝3 mol·L-1、c(NH3)＝2 mol·L-1，浓度商Qc＝＜K＝0.5，反应向正反应方向进行，此时刻该反应的v正＞v逆；

（4）①合成氨反应放热，温度越低氨气的百分含量越高，所以曲线a对应的温度是200℃；

②A．及时分离出NH3平衡正向进行，可以提高H2的平衡转化率，故A正确；

B．加催化剂能加快反应速率，不改变化学平衡，不能提高H2的平衡转化率，故B错误；

C．图中M、Q点温度相同，平衡常数只与温度有关系，图中M、Q点平衡常数K的关系是K（M）＝K（Q），故C错误；

故答案为A；

③设反应的氮气物质的量为xmol，则

N2+3H22NH3

起始量（mol） 1 3 0

转化量（mol） x 3x 2x

平衡量（mol）1-x 3-3x 2x

据题意M点时：2x/(4－2x)＝0.6

解得x＝0.75

则氢气的转化率为：3×0.75mol÷3mol×100%＝75%；

④400℃时，将1mol N2和3mol H2充入恒压密闭容器中，焓变（△H）始终不变，混合气体平均相对分子质量（）为变量、N2体积分数φ（N2）为变量，气体密度（ρ）为变量，随反应进行，气体的物质的量减小，则随时间增大而增大，直到达到平衡状态不变；N2体积分数逐渐减小，到达到平衡状态不变，达到平衡状态时体积不变，密度不变，由图可知，正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的为BCD。