Question

科学家一直致力于“人工固氨”的新方法研究．目前合成氨技术原理为：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）+92.4kJ/mol
673K，30MPa下，上述合成氨反应中n（NH₃）和n（H₂）随时间变化的关系如图1所示．

（1）下列叙述正确的是   
A．点a的正反应速率比点b的大
B．点c处反应达到平衡
C．点d和点e处的n （N₂）相同
D．773K，30MPa 下，反应至t₂时刻达到平衡，则n（NH₃）比图中e点的值大
（2）在容积为2.0L恒容得密闭容器中充入0.80mol N₂（g）和1.60mol H₂（g），673K、30MPa下达到平衡时，NH₃的体积分数为20%．该条件下，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常数值为：    ．
（3）K值越大，表明反应达到平衡时    ．
A．H₂的转化率一定越高    B．NH₃的产量一定越大    C．正反应进行得越完全    D．化学反应速率越大
（4）1998年希腊亚里斯多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺），实现了高温、常压下高转化率的电解合成氨．其实验装置如图2．阳极的电极反应为：H₂-2e→2H⁺，则阴极的电极反应为：    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）A．浓度越大反应速率越快；
B．a、b、c之后氢气的物质的量继续变化，未达到平衡，反应向正反进行；
C．d、e对应氢气、氨气的物质的量不变，处于平衡状态；
D．该反应正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应移动；
（2）令转化的氮气的物质的量为ymol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，根据氨气的体积分数列方程计算y的值，计算平衡浓度，倒入平衡常数表达式计算；
（3）K值越大，表示反应进行程度大，但该温度下不一定反应发生，氢气的转化率与氮气、氢气的投入量等有关，转化率不一定高，氨气的产率与与氮气、氢气的投入量等有关，产量不一定大；
（4）电解池的阴极发生得电子的还原反应，在合成氨中，氮气得电子，酸性条件下生成氨气．
解答：解：（1）A．a点反应物的浓度大于b点，浓度越大反应速率越快，故a点反应速率更大，故A正确；
B．点c之后氢气的物质的量继续减小，未达到平衡，反应向正反进行，故B错误；
C．d、e对应氢气、氨气的物质的量不变，处于平衡状态，点d和点e处的n （N₂）相同，故C正确；
D．该反应正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应移动，氨气的物质的量减小，故D错误；
故选AC；
（2）令平衡时转化的氮气的物质的量为ymol，则：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始（mol）：0.8     1.6       0
变化（mol）：x        3x       2x
平衡（mol）：0.8-x   1.6-3x    2x
故=20%，解得x=0.2，
故 N₂、H₂、NH₃的平衡浓度分别为=0.3mol/L、=0.5mol/L、=0.2mol/L
故该温度下平衡常数k==1.07，
故答案为：1.07；
（3）A．氢气的转化率与氮气、氢气的投入量等有关，K值大，氢气转化率不一定高，故A错误；
B．氨气的产率与与氮气、氢气的投入量等有关，K值大，氨气的产量不一定大，故B错误；
C．K值越大，表示反应进行程度大，即正反应进行得越完全，故C正确；
D．K值越大，表示反应进行程度大，但该温度下不一定反应发生，反应速率不一定大，故D错误；
故选C；
（4）电解池的阴极发生得电子的还原反应，在合成氨中，氮气得电子，所以阴极反应为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．
点评：本题考查化学平衡图象、化学平衡常数计算与意义、电解原理等，难度不大，注意理解平衡常数的意义．