Question

14．工業(yè)合成氨的反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0某實(shí)驗(yàn)將3.0mol N₂（g）和4.0mol H₂（g）充入容積為10L的密閉容器中，在溫度T₁下反應(yīng)．測得H₂的物質(zhì)的量隨反應(yīng)時(shí)間的變化如圖所示．
（1）反應(yīng)開始3min內(nèi)，H₂的平均反應(yīng)速率為0.080mol/（L•min）；
（2）該條件下合成氨反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=2.0×10² （L/mol）²（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）
（3）僅改變溫度為T₂（ T₂小于T_I）再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請?jiān)诖痤}卡框圖中畫出H₂的物質(zhì)的量隨反應(yīng)時(shí)間變化的預(yù)期結(jié)果示意圖．
（4）若某溫度時(shí)，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的K=0.5．
該溫度下，在0.5L的反應(yīng)容器中進(jìn)行合成氨反應(yīng)，一段時(shí)間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為2mol、1mol、2mol，則此時(shí)反應(yīng)v（N₂）_正=v（N₂）_逆（填“＞”、“＜”、“=”或“不能確定”）
（5）已知：工業(yè)合成氨時(shí)，合成塔中每產(chǎn)生1mol NH₃，放出46.1kJ的熱量，N≡N的鍵能為945.8kJ/mol，H-H的鍵能為436.0kJ/mol，則斷開1mol N-H鍵所需的能量是391kJ
（6）氨是一種潛在的清潔能源，可用作堿性燃料電池的燃料．電池的總反應(yīng)為：4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）．則該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式是2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算反應(yīng)速率；
（2）計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
（3）畫圖要點(diǎn)：①T₁→T₂，降低溫度，則反應(yīng)速率減小，單位時(shí)間內(nèi)消耗氫氣的物質(zhì)的量減小，達(dá)到平衡時(shí)間增大；②由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減��；
（4）根據(jù)Qc可K得大小關(guān)系來判斷反應(yīng)的方向；
（5）①計(jì)算生成2mol氨氣放出的熱量，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
②反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
（6）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成氮?dú)馀c水．

解答 解：（1）反應(yīng)開始3min內(nèi)，氫氣的物質(zhì)的量1.6mol，則v（H₂）=$\frac{4.0m-1.6mol}{10L×3min}$=0.080mol/（L•min），
故答案為：0.080mol/（L•min）；
（2）由圖象可知，平衡時(shí)H₂的濃度0.10 mol/L，則：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始濃度（mol/L） 0.30 0.40 0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.10 0.30 0.20
平衡濃度（mol/L） 0.20 0.10 0.20
K=$\frac{0．{2}^{2}}{0.2×0．{1}^{3}}$=2.0×10² （L/mol）²；
故答案為：2.0×10² （L/mol）²；
（3）T₁→T₂，降低溫度，則反應(yīng)速率減小，單位時(shí)間內(nèi)消耗氫氣的物質(zhì)的量減小，達(dá)到平衡時(shí)間增大；由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減小，則圖象為：，
故答案為：；
（4）在0.5L的反應(yīng)容器中進(jìn)行合成氨反應(yīng)，一段時(shí)間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為2mol、1mol、2mol，則此時(shí)反應(yīng)Qc=$\frac{（\frac{2}{0.5}）^{2}}{\frac{2}{0.5}×（\frac{1}{0.5}）^{3}}$=0.5=K，所以
平衡不移動(dòng)，故v（N₂）_正=v（N₂）_逆，故答案為：=；
（5）生成2mol氨氣放出的熱量為46.1kJ×2=92.2kJ，反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol，故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；設(shè)斷開1mol N-H鍵所需的能量是xkJ，則945.8kJ/mol+3×436.0kJ/mol-6×xkJ/mol=-92.2kJ/mol，解得x=391，
故答案為：391；
（6）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氨氣在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成氮?dú)馀c水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡、速率的計(jì)算、反應(yīng)熱的計(jì)算，明確三段法計(jì)算及物質(zhì)的量之比等于體積之比的關(guān)系即可解答，題目難度不大．