Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)．生活中有著重要作用．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
若1mol CH₄還原NO₂至N₂，整個(gè)過(guò)程中放出的熱量為867kJ，則△H₂=

 

；
（2）工業(yè)合成氨氣需要的反應(yīng)條件非常高且產(chǎn)量低，而一些科學(xué)家采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺ ）實(shí)現(xiàn)氨的電化學(xué)合成，從而大大提高了氮?dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率．電化學(xué)合成氨過(guò)程的總反應(yīng)式為：N₂+3H₂

一定條件

2NH₃，則在電化學(xué)合成氨的過(guò)程中，陰極反應(yīng)式為

 

；
（3）在一定條件下，將l mol N₂與3mol H₂混合于一個(gè)10L密閉容器中，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，A點(diǎn)混合氣體中氨占25%，試回答：
①A點(diǎn)時(shí)N₂的濃度為

 

mol/L；
②如圖中在狀態(tài)A時(shí)，平衡常數(shù) K_A=

 

（填寫代入數(shù)值的表達(dá)式，不要求化簡(jiǎn)）；當(dāng)溫度由T₁變化到T₂時(shí)，K_A

 

 K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．
③在容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的濃度如下表：

	c （N2）	c （H2）	c （NH3）
0	0.6	1.8	0
3	0.52	x	0.16
6	0.36	1.08	0.48
9	0.36	1.08	0.48

反應(yīng)從0min到3min之間，H₂的反應(yīng)速率為

 

；反應(yīng)在3min時(shí)，條件發(fā)生了改變，改變的條件可能是

 

（填序號(hào)）．
a．使用催化劑  b．降低溫度  c．增加H₂的濃度  d．充入Ne增大壓強(qiáng)．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂ （g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂ ②，
將方程式①+②得2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O，△H=△H₁+△H₂根據(jù)甲烷和反應(yīng)熱之間的關(guān)系式計(jì)算△H₂ ；
（2）根據(jù)題目信息以及電解池的陰極發(fā)生得電子發(fā)生還原反應(yīng)來(lái)回答；
（3）①根據(jù)三行式計(jì)算氮?dú)鉂舛龋?br />②根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式的書寫以及溫度和反應(yīng)平衡常數(shù)之間的關(guān)系來(lái)回答；
③根據(jù)v=

△c

△t

來(lái)計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率，根據(jù)外界條件對(duì)平衡的移動(dòng)影響來(lái)回答．

解答： 解：（1）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂ （g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1①
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂ ②，
將方程式①+②得2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O，△H=△H₁+△H₂
設(shè)②中1mol甲烷完全反應(yīng)放出的熱量為x，
2CH₄（g）+4NO₂（g）=2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O，△H=△H₁+△H₂
2mol                                          574kJ+x
1mol                                           867kJ 
x=

867KJ×2mol

1mol

=1160kJ，
所以△H₂=-1160kJ/mol，
故答案為：-1160kJ/mol；
（2）陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（3）①將l mol N₂與3mol H₂混合于一個(gè)10L密閉容器中，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，A點(diǎn)混合氣體中氨的百分含量是25%，設(shè)氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率是x，則
            N₂+3H₂═2NH₃
  初始濃度：0.1 0.3   0
  變化濃度：x  3x    2x
  末態(tài)濃度：0.1-x 0.3-3x 2x
則

2x

0.1-x+0.3-3x+2x

×100%=25%，解得x=0.04mol/L，平衡后氮?dú)鉂舛葹?.06mol/L；
故答案為：0.06；
②圖中在狀態(tài)A時(shí)，平衡常數(shù)為K_A，則K_A=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=

(0.08mol/L)2

0.06mol/L×(0.18mol/L)3

=

0.082

0.06×0.183

，該反應(yīng)是放熱的，溫度越高K越小，所以K_A＞K_B；
故答案為：

0.082

0.06×0.183

；＞；
③反應(yīng)從0min到3min之間，N₂的反應(yīng)速率為v=

0.6-0.52

3

=

0.08

3

mol/（L?min），不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比，故H₂的反應(yīng)速率為0.08（mol/L?min），反應(yīng)在3min時(shí)，條件發(fā)生了改變，化學(xué)反應(yīng)速率加快，但是平衡沒(méi)變，所以改變的條件可能是加入催化劑；
故答案為：0.08（mol/L?min）；a．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查學(xué)生有關(guān)電化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的有關(guān)計(jì)算等知識(shí)，綜合性較強(qiáng)，難度大．