Question

【題目】氨氣及含氮化合物在化工生產(chǎn)和國防工業(yè)中具有廣泛應(yīng)用。請回答：

（1）已知：（i）氫氣的燃燒熱為286.0 kJ mol-1

(ii)4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O △H=-1530.6kJmol-1。

①合成氨反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為__________________________________。

②對于反應(yīng)(ii)，正、逆反應(yīng)活化能的大小關(guān)系為：E正_______E逆 (填>、=或<)。

（2）恒溫恒容條件下，起始按物質(zhì)的量之比為1 : 1向密閉容器中充入N2(g)和H2(g)，發(fā)生合成氨的反應(yīng)。達平衡后，N2(g)的體積分?jǐn)?shù)為_________；然后只降低溫度，N2(g)的體積分?jǐn)?shù)會______（填選項字母）。

A.增大 B.減小 C.不變 D.不能判斷

（3）T℃ 時，CO2(g)和 NH3(g)合成尿素的原理為 2NH3(g)+ CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)。在2 L恒容密閉容器中，通入1.2 mol NH3(g)和0.6 mol CO2(g)，2 min時反應(yīng)恰好達到平衡，測得c(NH3)=0.2mol L-1

①0-2 min內(nèi)，用NH3表示的反應(yīng)速率v(NH3)=___________；反應(yīng)的平衡常數(shù)K=__________。

②若其他條件不變，2 min時將容器體積迅速壓縮到1 L，在3 min時重新達到平衡，請在圖1中畫出23 min內(nèi)c(NH3)隨時間(t)變化的曲線關(guān)系圖：__________。

（4）電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染，電化學(xué)降解NO3-的原理如圖2所示：

①電源正極為___________(填“A”或“B”)，陰極反應(yīng)式為________________________________。

②若電解過程中轉(zhuǎn)移了 1 mol e-，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差值（Δm正-Δm右）為________g。

Answer 1

【答案】 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.7 kJ·mol－1 < 50% C 0.2 mol·L－1·min－1 250 A 2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－ 7.2

【解析】（1）①已知：（i）氫氣的燃燒熱為286.0 kJ mol-1，則H2(g)+ O2(g)=H2O(g) △H1=-286.0kJmol-1，(ii)4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O △H2=-1530.6kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，由①×3-②×可得反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝△H1×3-△H2×=-286.0kJmol-1×3-（-1530.6kJmol-1）×=－92.7 kJ·mol－1；②對于反應(yīng)(ii) 4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O △H=-1530.6kJmol-1，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，反應(yīng)物達到活化分子所需要能量低，故正、逆反應(yīng)活化能的大小關(guān)系為：E正<E逆；（2）開始 (N2)= ×100%=50%，設(shè)開始氮氣、氫氣的物質(zhì)的量分別為1mol、1mol，則

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

初始量 1 1 0

轉(zhuǎn)化量 x 3x 2x

平衡量 1-x 1-3x 2x

平衡后氮氣的體積分?jǐn)?shù)為×100%=50%，則氮氣的體積分?jǐn)?shù)恒為50%；由此可見，平衡時氮氣的體積分?jǐn)?shù)保持不變，答案選C；

（3）① 2NH3(g)+ CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)

初始量（mol/L） 0.6 0.3 0 0

轉(zhuǎn)化量（mol/L） 0.4 0.2 0.1 0.1

平衡量（mol/L） 0.2 0.1 0.1 0.1

v(NH3)= =0.2 mol·L－1·min－1；K===250；

②若其他條件不變，2 min時將容器體積迅速壓縮到1 L，此時c(NH3)=0.4 mol/L，保持T℃不變，則3 min平衡時c(NH3)仍為，故圖象為：；（4）由圖示知在Ag-Pt電極NO3-上發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO3-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N2，利用電荷守恒與原子守恒知陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－；②轉(zhuǎn)移1mol電子時，陽極產(chǎn)生氧氣8g，并產(chǎn)生1gH+進入陰極室，陽極室質(zhì)量減少9g，陰極室中放出0.1molN2，質(zhì)量減少2.8g，同時有1molH+進入陰極室，陰極室質(zhì)量共減少1.8g，若電解過程中轉(zhuǎn)移了1mol電子，則膜兩側(cè)電解液的質(zhì)量變化差值（Δm正-Δm右）為9g-1.8g=7.2g。