Question

【題目】氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生命活動(dòng)中起著重要的作用，銨鹽、硝酸鹽均是植物生長(zhǎng)的“食物”，將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氮?dú)馐侵参铽@得“食物”的第一步，在常溫常壓下使N2高效地轉(zhuǎn)化成為NH3是眾多科學(xué)家們一直在探究的問題：

(1)已知：①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180.5kJmol﹣1水的汽化熱△H=+44kJmol﹣1據(jù)報(bào)道，科學(xué)家已找到一種催化劑，使氨氣與液態(tài)水在常溫條件下轉(zhuǎn)化為NH3及氧氣，寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式____________________________________________________________；

(2)工業(yè)時(shí)合成氨的原理為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=﹣92.4kJmol﹣1 。圖1表示H2的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)之間的關(guān)系，圖2表示H2的轉(zhuǎn)化率與起始投料比[n(N2)/n(H2)]、壓強(qiáng)的變化關(guān)系，則T1、T2、T3的大小關(guān)系為___ ， 曲線與曲線對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)P1___P2(填“＞”“＜”“=”)．測(cè)得B(X，60)點(diǎn)時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為40%，則X=______________________。

(3)一定溫度下，將2molN2和6molH2置于一密閉容器中反應(yīng)，測(cè)得平衡時(shí)容器的總壓為aMPa，NH3的物質(zhì)的量總數(shù)為20%，列式計(jì)算出此時(shí)的平衡常數(shù)Kp=___(用平衡分壓代替平衡濃度進(jìn)行計(jì)算，分壓=總壓×體積分?jǐn)?shù)，可不化簡(jiǎn))。

下列各項(xiàng)中能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____________________ 。

a．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

b．N2的消耗速率等于NH3的生成速率

c．混合氣體的密度不變

d．N2和H2的物質(zhì)的量之比保持不變

(4)NH3催化劑生成NO，以NO為原料通過電解的方法可以制備NH4NO3 ， 其總反應(yīng)是8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ， 試寫出以惰性材料作電極的陰極反應(yīng)式：___ ． 電解過程中為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3 ， 需要補(bǔ)充NH3的原因是___ 。

Answer 1

【答案】2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=+1650kJ/mol T1＞T2＞T3 ＞ 1：2 a NO+6H++5e﹣=NH4+ +3H2O 總反應(yīng)中有HNO3生成，應(yīng)補(bǔ)充NH3與HNO3反應(yīng)生成NH4NO3

【解析】

（1）已知：①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180.5kJmol﹣1

水的汽化熱△H=+44kJmol﹣1，則可得：③H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJmol﹣1，

根據(jù)蓋斯定律，②×2+③×6﹣①可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)；

（2）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，氫氣的轉(zhuǎn)化率越低；

正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，氫氣的轉(zhuǎn)化率越大；

測(cè)得B（X，60）點(diǎn)時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為40%，則：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量（mol）： a b

變化量（mol）：0.4a 1.2a

根據(jù)氫氣的轉(zhuǎn)化率可得100%=60%，即b=2a，可以計(jì)算起始投料比[n(N2)/n(H2)]；

（3）一定溫度下，將2molN2和6molH2置于一密閉容器中反應(yīng)，二者按1：3反應(yīng)，故平衡時(shí)二者物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之比為1：3，平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%，則N2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為×（1﹣20%）=20%，H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為1﹣20%﹣20%=60%，再計(jì)算各物質(zhì)的分壓，代入Kp=計(jì)算；

a．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量減小，則平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡；

b．平衡時(shí)NH3的生成速率等于N2的消耗速率的2倍；

c．混合氣體總質(zhì)量不變、容器的容積不變，密度為常數(shù)；

d．N2和H2的起始物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，二者物質(zhì)的量之比始終為1：3；

（4）NH3催化劑生成NO，以NO為原料通過電解的方法可以制備NH4NO3 ，其總反應(yīng)是：8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陰極上是NO獲得電子生成NH4+，由電荷守恒可知有H+參與反應(yīng)，還生成水，電池總反應(yīng)中有HNO3生成，應(yīng)補(bǔ)充NH3與HNO3反應(yīng)生成NH4NO3。

（1）已知：①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180.5kJmol﹣1

水的汽化熱△H=+44kJmol﹣1，則可得：③H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJmol﹣1，

根據(jù)蓋斯定律，②×2+③×6﹣①可得：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) 的△H=+1650kJ/mol，

故答案為：2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) △H=+1650kJ/mol；

（2）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，氫氣的轉(zhuǎn)化率越低，則T1＞T2＞T3；

正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，氫氣的轉(zhuǎn)化率越大，則：P1＞P2；

測(cè)得B（X，60）點(diǎn)時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為40%，則：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量（mol）： a b

變化量（mol）：0.4a 1.2a

根據(jù)氫氣的轉(zhuǎn)化率可得100%=60%，即b=2a，則X===1：2，

故答案為：T1＞T2＞T3 ；＞ ；1：2；

（3）一定溫度下，將2molN2和6molH2置于一密閉容器中反應(yīng)，二者按1：3反應(yīng)，故平衡時(shí)二者物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之比為1：3，平衡時(shí)NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%，則N2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為×（1﹣20%）=20%，H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為1﹣20%﹣20%=60%，平衡時(shí)容器總壓為aMPa，則Kp==；

a．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量減小，則平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故a正確；

b．平衡時(shí)NH3的生成速率等于N2的消耗速率的2倍，故b錯(cuò)誤；

c．混合氣體總質(zhì)量不變、容器的容積不變，密度始終不變，故c錯(cuò)誤；

d．N2和H2的起始物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，二者物質(zhì)的量之比始終為1：3，故d錯(cuò)誤。

故答案為：；a；

（4）NH3催化劑生成NO，以NO為原料通過電解的方法可以制備NH4NO3 ，其總反應(yīng)是：8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陰極上是NO獲得電子生成NH4+，由電荷守恒可知有H+參與反應(yīng)，還生成水，電池總反應(yīng)中有HNO3生成，應(yīng)補(bǔ)充NH3與HNO3反應(yīng)生成NH4NO3。

故答案為：NO+6H++5e﹣=NH4++3H2O；總反應(yīng)中有HNO3生成，應(yīng)補(bǔ)充NH3與HNO3反應(yīng)生成NH4NO3。