Question

氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产．生活中有着重要作用．请回答下列问题：
（1）用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
若1mol CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为867kJ，则△H₂=

 

；
（2）工业合成氨气需要的反应条件非常高且产量低，而一些科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺ ）实现氨的电化学合成，从而大大提高了氮气和氢气的转化率．电化学合成氨过程的总反应式为：N₂+3H₂

一定条件

2NH₃，则在电化学合成氨的过程中，正极反应式为

 

；
（3）在一定条件下，将l mol N₂与3mol H₂混合于一个10L密闭容器中，反应达到平衡时，A点混合气体中氨占25%，试回答：
①A点时N₂的浓度为

 

mol/L；
②图中在状态A时，平衡常数 K_A=

 

（填写代入数值的表达式，不要求化简）；当温度由T₁变化到T₂时，K_A

 

 K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．
③在容积固定的密闭容器中发生上述反应，各物质的浓度如下表：

时间/min 浓度/mol?L-1	c （N2）	c （H2）	c （NH3）
0	0.6	1.8	0
3	0.52	x	0.16
6	0.36	1.08	0.48
9	0.36	1.08	0.48

反应在3min时，条件发生了改变，改变的条件可能是

 

（填序号）．
a．使用催化剂
b．降低温度
c．增加H₂的浓度
d．充入Ne增大压强．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）根据盖斯定律书写二氧化氮转化为氮气的热化学方程式，从而计算反应热；
（2）燃料电池中，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
（3）①在一定条件下，将l mol N₂与3mol H₂混合于一个10L密闭容器中，反应达到平衡时，A点混合气体中氨占25%，设参加反应的氮气的物质的量为x，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始1mol  3mol    0
反应xmol   3xmol     2xmol
平衡（1-x）mol 3（1-x）mol 2xmol
根据

2x

(1-x)mol+3(1-x)mol+2xmol

×100%=25%，x=0.4mol，
根据C=

n

V

计算A点氮气浓度；
②根据平衡时各物质浓度计算化学平衡常数，升高温度平衡向吸热反应方向移动，据此确定平衡常数变化；
③0-6min时，氮气浓度减小、氨气浓度增大，平衡向正反应方向移动，如果氨气浓度增大0.48mol/L，氢气浓度应该减少0.72mol/L，改变的条件不是增加氢气浓度．

解答： 解：（1）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂②
若1mol CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为867kJ，
将热化学方程式

①+②

2

得热化学反应方程式为CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=

-574+△H2

2

kJ/mol=-867kJ/mol，△H₂=-1160kJ/mol，
故答案为：-1160kJ/mol；
（2）燃料电池中，正极上氮气得电子和氢离子发生还原反应生成氨气，电极反应式为N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（3）①在一定条件下，将l mol N₂与3mol H₂混合于一个10L密闭容器中，反应达到平衡时，A点混合气体中氨占25%，设参加反应的氮气的物质的量为x，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始1mol  3mol    0
反应xmol   3xmol     2xmol
平衡（1-x）mol 3（1-x）mol 2xmol
根据

2x

(1-x)mol+3(1-x)mol+2xmol

×100%=25%，x=0.4mol，
平衡时氮气的物质的量=1mol-0.4mol=0.6mol，氮气的平衡浓度C=

n

V

=

0.6mol

10L

=0.06mol/L，
故答案为：0.06；
②平衡时，C（N₂）=0.06mol/L、C（H₂）=

3(1-0.4)mol

10L

=0.18mol/L、C（NH₃）=

2×0.4mol

10L

=0.08mol/L，平衡常数K=

0.08×0.08

(0.18)3×0.06

；
升高温度，氨气含量减少，说明平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应，化学平衡常数减小，即K_A＞K_B，
故答案为：

0.08×0.08

(0.18)3×0.06

；＞；
③0-6min时，氮气浓度减小、氨气浓度增大，平衡向正反应方向移动，如果氨气浓度增大0.48mol/L，氢气浓度应该减少0.72mol/L，改变的条件不是增加氢气浓度，
第一个3min氨气浓度改变量小于第二个3min浓度改变量，说明反应速率增大但平衡不移动，
a．第一个3min氨气浓度改变量小于第二个3min浓度改变量，说明反应速率增大但平衡不移动，使用催化剂可以实现，故正确；
b．降低温度反应速率减小且平衡向正反应方向移动，不符合条件，故错误；
c．增加H₂的浓度时，第二个3min氢气浓度应该大于1.08mol/L，故错误；
d．充入Ne增大压强，氮气、氢气、氨气浓度不变，反应速率不变，不符合条件，故错误；
故选a．

点评：本题考查较综合，涉及化学平衡移动、平衡常数的计算、原电池原理、盖斯定律等知识点，这些知识点都是考试热点，难点是平衡移动的判断、平衡常数的计算等，平衡常数的计算中必须用平衡时物质浓度而不是任意时刻物质浓度，为易错点．