Question

12．對(duì)含氮物質(zhì)的研究和利用有著極為重要的意義．
（1）N₂、O₂和H₂相互之間可以發(fā)生化合反應(yīng)，已知反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
則氨的催化氧化反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol．
（2）汽車(chē)尾氣凈化的一個(gè)反應(yīng)原理為：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0．一定溫度下，將2.8mol NO、2.4mol CO通入固定容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)過(guò)程中部分物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如圖1所示．

①NO的平衡轉(zhuǎn)化率為28.57%，0～20min平均反應(yīng)速率v（NO）為0.02mol/（L•min）．25min時(shí)，若保持反應(yīng)溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，則化學(xué)平衡將向左移動(dòng)（填“向左”、“向右”或“不”）．
②如圖2若只改變某一反應(yīng)條件X，反應(yīng)由原平衡I達(dá)到新平衡Ⅱ，變量Y的變化趨勢(shì)如表所示．下列說(shuō)法正確的是b （填字母代號(hào)）．

	條件X	變量Y
a	壓強(qiáng)	反應(yīng)的平衡常數(shù)
b	溫度	CO的平衡濃度
c	溫度	N2的體積分?jǐn)?shù)
d	催化劑	NO的平衡轉(zhuǎn)化率

（3）某化學(xué)小組擬設(shè)計(jì)以N₂和H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl為電解質(zhì)溶液制成燃料電池，則該電池的正極反應(yīng)式為N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．假設(shè)電解質(zhì)溶液的體積不變，下列說(shuō)法正確的是bcd（填字母代號(hào)）．
a．放電過(guò)程中，電解質(zhì)溶液的pH保持不變
b．溶液中的NH₄Cl濃度增大，但Cl^-離子濃度不變
c．每轉(zhuǎn)移6.02×10²³個(gè)電子，則有標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2L電極反應(yīng)物被氧化
d．為保持放電效果，電池使用一段時(shí)間需更換電解質(zhì)溶液．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
③N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
根據(jù)蓋斯定律，②×3+①×2-③×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）；
（2）①由圖可知，20min到達(dá)平衡，平衡時(shí)生成氮?dú)鉃?.4mol，由方程式可知消耗NO為0.4mol×2=0.8mol，轉(zhuǎn)化率=$\frac{物質(zhì)的量變化量}{起始物質(zhì)的量}$×100%，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（NO）；
若保持反應(yīng)溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，由平衡常數(shù)表達(dá)式可知，濃度商Qc＞K，平衡逆向移動(dòng)；
②a．平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強(qiáng)變化；
b．溫度升高，平衡逆向進(jìn)行；
c．溫度升高，平衡逆向進(jìn)行；
d．催化劑改變反應(yīng)速率，不影響平衡移動(dòng)；
（3）以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl溶液為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池，氮?dú)庠谡龢O得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺；
a．放電過(guò)程中，負(fù)極電極反應(yīng)為：H₂-2e^-=2H⁺，正極電極反應(yīng)N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺，根據(jù)電子守恒可知過(guò)程中消耗氫離子；
b．正極生成銨根離子，溶液中的NH₄Cl濃度增大，但Cl^-離子濃度不變；
c．電極反應(yīng)物被氧化的是氫氣，根據(jù)電子守恒計(jì)算氫氣的量，再根據(jù)V=nV_m計(jì)算氫氣體積；
d．原電池工作過(guò)程中消耗氫離子．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
③N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
根據(jù)蓋斯定律，②×3+①×2-③×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol；
（2）①由圖可知，20min到達(dá)平衡，平衡時(shí)生成氮?dú)鉃?.4mol，由方程式可知消耗NO為0.4mol×2=0.8mol，NO轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.8mol}{2.8mol}$×100%=28.57%，v（NO）=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{20min}$=0.02mol/（L•min），
若保持反應(yīng)溫度不變，再向容器中充入CO、N₂各0.8mol，由平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$可知，濃度商Qc＞K，平衡逆向移動(dòng)；
故答案為：28.57%；0.02mol/（L•min）；向左；
②2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H＜0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，圖象中X隨Y增大而增大；
a．平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強(qiáng)變化，故a不符合；
b．溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，一氧化碳濃度增大，故b符合
c．溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，氮?dú)夂�量減小，故c不符合；
d．催化劑改變反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡，NO轉(zhuǎn)化率不變，故d不符合；
故答案為：b；
（3）以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl溶液為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池，氮?dú)庠谡龢O得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺；
a．放電過(guò)程中，負(fù)極電極反應(yīng)為：H₂-2e^-=2H⁺，正極電極反應(yīng)N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺，根據(jù)電子守恒可知過(guò)程中消耗氫離子，電解質(zhì)溶液PH升高，故a錯(cuò)誤；
b．正極生成銨根離子，溶液中的NH₄Cl濃度增大，但Cl^-離子濃度不變，故b正確；
c．每轉(zhuǎn)移6.02×10²³個(gè)電子，即轉(zhuǎn)移電子為1mol，電極反應(yīng)物被氧化的是氫氣，根據(jù)電子守恒，氫氣被氧化的物質(zhì)的量為0.5mol，則標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣體積為11.2L，故c正確；
d．原電池工作過(guò)程中消耗氫離子，為保持放電效果，電池使用一段時(shí)間需更換電解質(zhì)溶液，故正確，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺； bcd．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律應(yīng)用、化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算與影響因素、原電池原理等，化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算是近幾年高考熱點(diǎn)，掌握平衡常數(shù)應(yīng)用，題目難度中等．