Question

16．目前工业合成氨的原理是N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1．
（1）已知一定条件下：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1 530.0kJ•mol^-1．则氢气燃烧热的热化学方程式为H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ/mol．
（2）如图1，在恒温恒容装置中进行合成氨反应．

①表示N₂浓度变化的曲线是C．
②前25min内，用H₂浓度变化表示的化学反应速率是0.12 mol•L^-1•min^-1．
③在25min末刚好平衡，则平衡常数K=$\frac{4}{27}$．
（3）在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应，下列说法正确的是AD．
A．气体体积不再变化，则已平衡
B．气体密度不再变化，尚未平衡
C．平衡后，往装置中通入一定量Ar，压强不变，平衡不移动
D．平衡后，压缩容器，生成更多NH₃
（4）电厂烟气脱氮的主反应：①4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0，
副反应：②2NH₃（g）+8NO（g）?5N₂O（g）+3H₂O（g）△H＞0．
平衡混合气中N₂与N₂O含量与温度的关系如图2．
请回答：在400～600K时，平衡混合气中N₂含量随温度的变化规律是随温度升高，N₂的含量降低，导致这种规律的原因是主反应为放热反应，升温使主反应的平衡左移或者副反应为吸热反应，升温使副反应的平衡右移，降低了NH₃和NO浓度，使主反应的平衡左移（任答合理的一条原因）．
（5）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图3所示，石墨 I 极反应生成一种氧化物Y，有关电极反应可表示为NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，即必须在石墨Ⅱ电极处通入一种氧化物Y，Y是N₂O₅（填物质的化学式）．

Answer 1

分析 （1）已知：①2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+l530.0kJ•mol^-1，
②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，（②×2-①）÷6可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）；
（2）①根据图象可知，反应进行到25min时曲线A减少了6mol/L-3mol/L=3mol/L，C减少了2.0mol/L-1.0mol/L=1.0mol/L，因此根据方程式可知表示N₂浓度变化的曲线是C；
②前25 min内，氢气浓度减少了3mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算用H₂浓度变化表示的化学反应速率；
③在25 min末刚好平衡，此时氮气、氢气和氨气的浓度分别是1.0mol/L、3mol/L、2mol/L，再根据K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$计算平衡常数；
（3）A．正反应是体积减少的可逆反应，因此在恒温恒压下气体体积不再变化时已平衡；
B．在反应过程中质量始终不变，但容器容积是变化的，所以密度是变化的，因此气体密度不再变化说明反应达到平衡；
C．平衡后，往装置中通入一定量Ar，压强不变，容器容积增加，浓度降低，平衡向逆反应方向移动；
D．平衡后，压缩容器，压强增大，平衡向正反应方向进行；
（4）根据图2中随着温度升高，氮气、N₂O的含量变化进行分析；根据温度对化学平衡影响及两个可逆反应的反应热情况进行分析；
（5）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应，据此分析．

解答 解：（1）已知：①2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+l530.0kJ•mol^-1，
②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，（②×2-①）÷6可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ/mol
故答案为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ/mol；
（2）①根据图象可知，反应进行到25min时曲线A减少了6mol/L-3mol/L=3mol/L，C减少了2.0mol/L-1.0mol/L=1.0mol/L，因此根据方程式可知表示N₂浓度变化的曲线是C；故答案为：C；
②前25 min内，氢气浓度减少了3mol/L，则用H₂浓度变化表示的化学反应速率是3mol/L÷25min=0.12 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.12 mol•L^-1•min^-1；
③在25 min末刚好平衡，此时氮气、氢气和氨气的浓度分别是1.0mol/L、3mol/L、2mol/L，则平衡常数K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{2{\;}^{2}}{1×3{\;}^{3}}$=$\frac{4}{27}$，
故答案为：$\frac{4}{27}$；
（3）A．正反应是气体物质的量减小的反应，恒温恒压下，随反应进行体积减少，因此在恒温恒压下气体体积不再变化时已平衡，故A正确；
B．在反应过程中质量始终不变，但容器容积是变化的，所以密度是变化的，因此气体密度不再变化说明反应达到平衡，故B错误；
C．平衡后，往装置中通入一定量Ar，压强不变，容器容积增加，浓度降低，平衡向逆反应方向移动，故C错误；
D．平衡后，压缩容器，压强增大，平衡向正反应方向进行，因此生成更多NH₃，故D正确，
故选：AD；
（4）根据图象可知，在400K～600K时，平衡混合气中N₂含量随温度的升高逐渐降低；主反应为放热反应，升高温度，平衡向着逆向移动，氮气的含量减小，
故答案为：随温度升高，N₂的含量降低；主反应为放热反应，升温使主反应的平衡左移或者副反应为吸热反应，升温使副反应的平衡右移，降低了NH₃和NO浓度，使主反应的平衡左移；
（5）燃料电池的负极上发生燃料失去电子的氧化反应，即NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，负极生成N₂O₅，为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，即必须在石墨电极Ⅱ电极处通入N₂O₅，
故答案为：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；N₂O₅．

点评 本题考查盖斯定律、化学平衡图象、化学平衡移动的影响因素、原电池原理的应用和电极反应书写，难度不大，注意对基础知识的理解掌握．