Question

氨在国民经济中占有重要地位．
（1）工业合成氨时，合成塔中每产生1mol NH₃，放出46.1kJ的热量．①工业合成氨的热化学方程式是

 

．②已知：N₂（g）

436.0kJ?mol-1

2N（g）  H₂（g）

945.8kJ?mol-1

2H（g）则断开1mol N-H键所需的能量是

 

kJ．
（2）如图1是当反应器中按n（N₂）：n（H₂）=1：3投料后，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关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是

 

（填字母）．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．上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K（M）=K（Q）＞K（N）
③M点对应的H₂转化率是

 

．
（3）氨是一种潜在的清洁能源，可用作碱性燃料电池的燃料，如图2．电池的总反应为：4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）．则该燃料电池的负极反应式是

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）①先求出此反应的焓变，根据热化学方程式的书写规则再写出热化学方程式；
②根据反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能计算；
（2）①依据反应是放热反应，温度升高，平衡逆向进行，氨气的含量减小；
②依据化学平衡影响因素的分析，普华永道原理的应用判断选项；
③M点氨气的物质的量为60%，剩余40%，按照反应物反应比1：3，投料剩余氢气30%，依据化学方程式计算可知反应的氢气90%．依据转化率概念计算；
（3）依据氧化还原反应元素化合价变化分析判断，电池中负极上是氨气失电子生成氮气的反应；

解答： 解：（1）①反应物总能量大于生成物总能量，应为放热反应，生成1mol氨气放出46.1kJ热量，则反应的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；
②反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能，设N-H的键能为x，则945.8+3×436-6x=-92.2，x=391；
故答案为：391；
（2）①合成氨的反应为放热反应，反应温度越高，越不利于反应的进行，曲线a的氨气的物质的量分数最高，其反应温度对应相对最低，所以a曲线对应温度为200°C；
故答案为：200°C；
②A．及时分离出NH₃，可以使平衡正向进行，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，但不能提高H₂的平衡转化率，故B错误； 
C．平衡常数与温度有关，与其他条件无关，同一温度下的平衡常数相同，反应是放热反应，温度越高平衡常数越小，上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K（M）=K（Q）＞K（N），故C正确；
故答案为：AC．
③在M点氨气的物质的量为60%，剩余40%，因为反应器中按n（N₂）：n（H₂）=1：3投料，故剩余氢气物质的量为30%，因为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），即发生反应的氢气物质的量90%，所以M点对应氢气的转化率=

90

90+30

×100%=75%；
故答案为：75%；
（3）原电池中负极失电子，氨气中氮元素化合价升高，发生氧化反应，该燃料电池的负极电极反应为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
故答案为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的分析应用，化学反应能量变化，平衡常数的影响因素分析，原电池原理的理解和电极反应的书写方法，题目难度中等．