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．

（1）在固定容积的密闭容器中，进行如下化学反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
其平衡常数K与温度T的关系如下表：

T/K	298	398	498
平衡常数K	4.1×106	K1	K2

试判断K₁

 

K₂（填写“＞”“=”或“＜”）．
（2）用2mol N₂和3mol H₂合成氨，三容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃且恒定不变，在其它条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时N₂的质量分数如图1所示，此时甲、乙、丙三个容器中一定达到化学平衡状态的是

 

，都达到平衡状态时，N₂转化率最低的是

 

．
（3）NH₃与CO₂在120℃，催化剂作用下可以合成反应生成尿素：CO₂+2NH₃?（NH₂）₂CO+H₂O；在密闭反应容器中，混合气体中NH₃的含量变化关系如图2所示（该条件下尿素为固体）．则A点的正反应速率v_正（CO₂）

 

B点的逆反应速率v_逆（CO₂）（填写“＞”“=”或“＜”），NH₃的平衡转化率为

 

；
（4）已知下列热化学方程式：
2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ/mol
请写出用NH₃还原NO的热化学方程式

 

；
（5）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式

 

．科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通人氨气的电极是

 

（填“正极”或“负极”），在碱性条件下，通人氨气的电极发生的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理,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）依据化学反应是放热反应，温度升高，平衡逆向进行，平衡常数减小分析判断平衡常数大小；
（2）依据氮气的质量分数变化可知，随温度升高，化学平衡应逆向进行，氮气的质量分数增大，C氮气质量分数最小，所以丙一定是平衡状态，达到平衡状态，温度越高平衡逆向进行程度越大，氮气质量分数越小；
（3）图象分析氨气的体积分数从50%变化为20%后体积分数保持不变，说明B点反应达到平衡状态，A点氨气体积百分含量大于B的氨气体积百分含量，说明反应正向进行达到平衡状态，A点的正反应速率大于B点的正反应速率；依据氨气的体积分数结合平衡三段式列式计算平衡转化率；
（4）依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式；
（5）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质氮气和水，依据原子守恒配平书写化学方程式，氨气-氧气燃料电池中氨气在负极失电子发生氧化反应生成氮气，碱溶液中用氢氧根离子配平电荷守恒写出电极反应．

解答： 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，所以K₁＞K₂，故答案为：＞；
（2）依据化学平衡影响因素分析，随温度升高，化学平衡应逆向进行，氮气的质量分数增大，C氮气质量分数最小，丙状态氨气质量分数比C状态大，说明丙一定是平衡状态，达到平衡状态，温度越高平衡逆向进行程度越大，氮气质量分数越小，丙点氮气的质量分数最小，
故答案为：丙；丙；
（3）氨气的体积分数从50%变化为20%后体积分数保持不变，说明B点反应达到平衡状态，A点氨气体积百分含量大于B的氨气体积百分含量，说明反应正向进行达到平衡状态，A点的正反应速率大于B点的正反应速率，v_正（CO₂）＞v_逆（CO₂）；
设氨气消耗物质的量x，开始氨气体积分数为50%，假设氨气为50mol，二氧化碳为50mol，
               CO₂+2NH₃?（NH₂）₂CO+H₂O
起始量（mol）   50    50       0     0
变化量（mol）   0.5x  x        0.5x  0.5x
平衡量（mol） 50-0.5x  50-x          0.5x
氨气的体积分数即物质的量分数=

50-x

100-x

=20%；
计算得到x=37.5mol
氨气的平衡转化率=

37.5mol

50mol

×100%=75%，
故答案为：大于；75%；
（4）①2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ/mol
②N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ/mol；
③N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
依据盖斯定律（①-②）×3-③×2得到用NH₃还原NO的热化学方程式为：6NO（g）+4NH₃（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2070KJ/mol，
故答案为：6NO（g）+4NH₃（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2070KJ/mol；
（5）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质氮气和水，依据原子守恒配平书写化学方程式为：4NH₃+3O₂

点燃  .

2N₂+6H₂O，氨气-氧气燃料电池中氨气在负极失电子发生氧化反应生成氮气，碱溶液中用氢氧根离子配平电荷守恒写出电极反应为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案为：4NH₃+3O₂

点燃  .

2N₂+6H₂O；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

点评：本题考查了平衡常数影响因素分析，平衡状态的分析判断，热化学方程式和盖斯定律计算应用，原电池原理分析，掌握基础是关键，题目难度中等．