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，阴极反应式为

 

；
（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如图中在状态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：

	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

反应从0min到3min之间，H₂的反应速率为

 

；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：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,反应速率的定量表示方法,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）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂ （g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂ ②，
将方程式①+②得2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O，△H=△H₁+△H₂根据甲烷和反应热之间的关系式计算△H₂ ；
（2）根据题目信息以及电解池的阴极发生得电子发生还原反应来回答；
（3）①根据三行式计算氮气浓度；
②根据平衡常数表达式的书写以及温度和反应平衡常数之间的关系来回答；
③根据v=

△c

△t

来计算化学反应的反应速率，根据外界条件对平衡的移动影响来回答．

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）△H₂ ②，
将方程式①+②得2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O，△H=△H₁+△H₂
设②中1mol甲烷完全反应放出的热量为x，
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O，△H=△H₁+△H₂
2mol                                          574kJ+x
1mol                                           867kJ 
x=

867KJ×2mol

1mol

=1160kJ，
所以△H₂=-1160kJ/mol，
故答案为：-1160kJ/mol；
（2）阴极得电子发生还原反应：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（3）①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点混合气体中氨的百分含量是25%，设氮气的转化率是x，则
            N₂+3H₂═2NH₃
  初始浓度：0.1 0.3   0
  变化浓度：x  3x    2x
  末态浓度：0.1-x 0.3-3x 2x
则

2x

0.1-x+0.3-3x+2x

×100%=25%，解得x=0.04mol/L，平衡后氮气浓度为0.06mol/L；
故答案为：0.06；
②图中在状态A时，平衡常数为K_A，则K_A=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=

(0.08mol/L)2

0.06mol/L×(0.18mol/L)3

=

0.082

0.06×0.183

，该反应是放热的，温度越高K越小，所以K_A＞K_B；
故答案为：

0.082

0.06×0.183

；＞；
③反应从0min到3min之间，N₂的反应速率为v=

0.6-0.52

3

=

0.08

3

mol/（L?min），不同物质表示的反应速率之比等于系数之比，故H₂的反应速率为0.08（mol/L?min），反应在3min时，条件发生了改变，化学反应速率加快，但是平衡没变，所以改变的条件可能是加入催化剂；
故答案为：0.08（mol/L?min）；a．

点评：本题综合考查学生有关电化学、化学反应速率和平衡的有关计算等知识，综合性较强，难度大．