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【题目】在氮及其化合物的化工生产中,对有关反应的反应原理进行研究有着重要意义。

(1)t℃时,关于N2NH3的两个反应的信息如下表所示:

化学反应

正反应活化能

逆反应活化能

t℃时平衡常数

N2(g)O2(g)2NO(g) △H>0

a kJ/mol

b kJ/mol

K1

4NH3(g)5O2(g)4NO(g)6H2O(g) △H<0

c kJ/mol

d kJ/mol

K2

请写出t℃时氨气被一氧化氮氧化生成无毒气体的热化学方程式:______________________t℃时该反应的平衡常数为__________ (K1K2表示)

(2)工业合成氨的原理为:N2(g)3H2(g)2NH3(g)下图甲表示在一定体积的密闭容器中反应时,H2的物质的量浓度随时间的变化。图乙表示在其他条件不变的情况下,起始投料H2N2的物质的量之比(设为x)与平衡时NH3的物质的量分数的关系。

图甲中0t1 min内,v(N2)_____mol·L1·min1b点的v(H2)_____a点的v(H2)(大于”“小于等于”)

②己知某温度下该反应达平衡时各物质均为1 mol,容器体积为1L,保持温度和压强不变,又充入3 mol N2后,平衡________(向右移动”“向左移动不移动”)

(3)①科学家研究出以尿素为动力的燃料电池新技术。用这种电池可直接去除城市废水中的尿素,既能产生净化的水,又能发电。尿素燃料电池结构如图所示,写出负极电极反应式:________________________________________________

理论上电池工作时,每消耗标准状况下2.24 L O2时,可产生的电量为________ (法拉第常数为96500C/ mol)

【答案】4NH3(g)6NO(g)= N2(g) 6H2O(g) H=(c-d-5a+5b) kJ/mol K= mol/(Lmin) 大于 不移动 CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+ 38600c

【解析】

(1)已知H=正反应活化能-逆反应活化能,则①N2(g)O2(g)2NO(g) H=(a-b)kJ/mol >0,②4NH3(g)5O2(g)4NO(g)6H2O(g) H=(c-d)kJ/mol <0,由盖斯定律知:②-×54NH3(g)6NO(g)= N2(g) 6H2O(g),据此计算反应H并写出该反应的平衡常数;

(2) ①图甲中0t1 min内,H2的变化浓度为0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L,由N2(g)3H2(g)2NH3(g)可知N2的变化浓度为0.3mol/L×=0.1mol/L,再根据v(N2)计算;根据浓度越大,反应速率越快判断b点与a点的速率大小;

②己知某温度下该反应达平衡时各物质均为1 mol,容器体积为1L,则平衡常数K===1,保持温度和压强不变,又充入3 mol N2,此时容器的体积变为2L,则N2H2NH3的浓度瞬间变为2mol/L0.5mol/L0.5mol/L,根据Qc=判断平衡移动的方向;

(3)①由尿素燃料电池的结构可知,正极上氧气得到电子生成水,负极上尿素失去电子生成氮气和二氧化碳;

②标准状况下2.24 L O2的物质的量为=0.1mol,转移电子的物质的量为0.4mol,再计算产生的电量。

(1) 已知H=正反应活化能-逆反应活化能,则①N2(g)O2(g)2NO(g) H=(a-b)kJ/mol >0,②4NH3(g)5O2(g)4NO(g)6H2O(g) H=(c-d)kJ/mol <0,由盖斯定律知:②-×54NH3(g)6NO(g)= N2(g) 6H2O(g),即H=(c-d)kJ/mol -[(a-b)]kJ/mol×5=(c-d-5a+5b) kJ/mol,则t℃时氨气被一氧化氮氧化生成无毒气体的热化学方程式为4NH3(g)6NO(g)= N2(g) 6H2O(g) H=(c-d-5a+5b) kJ/molt℃时此反应的平衡常数为K=

(2)①图甲中0t1 min内,H2的变化浓度为0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L,由N2(g)3H2(g)2NH3(g)可知N2的变化浓度为0.3mol/L×=0.1mol/L,则v(N2)==mol/(Lmin);根据浓度越大,反应速率越快可知b点的v(H2)大于a点的v(H2)

②己知某温度下该反应达平衡时各物质均为1 mol,容器体积为1L,则平衡常数K===1,保持温度和压强不变,又充入3 mol N2,此时容器的体积变为2L,则N2H2NH3的浓度瞬间变为2mol/L0.5mol/L0.5mol/L,根据Qc===1=K,则此时平衡不移动;

(3)①由尿素燃料电池的结构可知,负极上尿素失去电子生成氮气和二氧化碳,负极反应为CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+

②标准状况下2.24 L O2的物质的量为=0.1mol,转移电子的物质的量为0.4mol,则可产生的电量为96500C/ mol×0.4mol=38600c

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I.制备摩尔盐

(1)向新制的FeSO4溶液中加入(NH4)2SO4固体,加热,实验过程中最好采用___________加热方式。

(2)蒸发浓缩、冷却结晶使摩尔盐结晶析出,晶体过滤后用_____________洗涤。

(3)该小组用滴定法测产品纯度。现称取a g该产品于锥形瓶中,加蒸馏水溶解,用0.1000mol/L酸性KMnO4溶液滴定,到达滴定终点时,消耗KMnO4溶液20.00 mL,则该产品的纯度为____________

II.探究摩尔盐受热分解的产物

(4)验证分解产物中含有氨气和水蒸气,并探究残留固体成分。

所选用装置的正确连接顺序为___________(可选部分仪器,填装置的字母序号)

A中固体完全分解后变为红棕色粉末,设计实验证明A中残留固体仅为Fe2O3,而不含FeOFe3O4______________________

(5)探究分解产物中的硫氧化物,按ADBF的顺序连接装置,进行实验。

①D装置中试剂的作用是____________________________________________

实验过程中,仅B中有沉淀生成,其他实验证明摩尔盐受热分解除上述产物外,还有N2生成。写出摩尔盐受热分解的化学方程式__________________________________________

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(2)5 min内化学反应速率v(A)_______

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(4)该反应在此温度下的平衡常数K=______(填数值)。

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