Question

19．反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2NH₃（g）△H＜0，在等容條件下進(jìn)行．改變其它反應(yīng)條件，在I、II、III階段體系中c（H₂）和c（NH₃）隨時間變化的曲線如圖1所示，請回答下列問題：
（1）N₂的平均反應(yīng)速率v_I（N₂）、v_II（N₂）、v_III（N₂）從大到小排列次序為v_Ⅰ（N₂）＞v_Ⅱ（N₂）＞v_Ⅲ（N₂）．
（2）比較第II階段反應(yīng)溫度（T₂）和第III階段反應(yīng)溫度（T₃）的高低：T₂＞T₃（填“＞”、“=”或“＜”），判斷的理由是此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡的移動只能減弱改變，不能抵消改變．
（3）達(dá)到第三次平衡后，將容器的體積擴(kuò)大一倍，假定10min后達(dá)到新的平衡，請在圖2中用曲線表示IV階段體系中c（H₂）和c（NH₃）隨時間變化的曲線（曲線上必須標(biāo)出具體物質(zhì)）．
（4）資料提示：
①將氨氣通入雙氧水中可發(fā)生反應(yīng)：3H₂O₂+2NH₃=N₂+6H₂O△H＜0，此反應(yīng)可設(shè)計成原電池．
②用如圖3所示裝置電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液可以制取N₂、H₂（注：電解池中隔膜僅阻止氣體通過）
上述原電池的正極反應(yīng)式為H₂O₂+2e^-=2OH^-；上述電解池的陽極反應(yīng)式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比，可通過圖象比較相同時間內(nèi)氫氣消耗的斜率比較化學(xué)反應(yīng)速率，據(jù)此判斷；
（2）第Ⅲ階段的開始與第Ⅱ階段的平衡各物質(zhì)的量均相等，根據(jù)H₂的量減少，NH₃的量增加可判斷平衡是正向移動的，根據(jù)平衡開始時濃度確定此平衡移動不可能是由濃度的變化引起的，另外題目所給條件容器的體積不變，則改變壓強(qiáng)也不可能，因此一定為溫度的影響，此反應(yīng)正向為放熱反應(yīng)，可以推測為降低溫度，另外結(jié)合A的速率在三個階段的情況，確定改變的條件一定為降低溫度，根據(jù)勒夏特列原理，平衡的移動只能減弱改變，不能抵消改變，因此達(dá)到平衡后溫度一定比第Ⅱ階段平衡時的溫度低；
（3）達(dá)到第三次平衡后，將容器的體積擴(kuò)大一倍，改變條件的瞬間，各組分的濃度變?yōu)樵瓉淼亩�分之一，容器體積增大，壓強(qiáng)降低平衡向體積增大的方向移動，但增大的物質(zhì)的量濃度小于第三次平衡時濃度，同時注意各組分物質(zhì)的量濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，據(jù)此作圖；
（4）3H₂O₂+2NH₃=N₂+6H₂O△H＜0，此反應(yīng)可設(shè)計成原電池，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)；由圖可知，CO（NH₂）₂在陽極放電生成N₂，C元素價態(tài)未變化，故還有碳酸鉀生成與水生成．

解答 解：（1）因為化學(xué)反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比，所以比較氮氣速率相當(dāng)于比較氫氣速率，又可通過圖象比較相同時間內(nèi)氫氣消耗的斜率比較化學(xué)反應(yīng)速率，故氫氣的平均反應(yīng)速率v_Ⅰ（H₂）＞v_Ⅱ（H₂）＞v_Ⅲ（H₂），則氮氣的平均反應(yīng)速率v_Ⅰ（N₂）＞v_Ⅱ（N₂）＞v_Ⅲ（N₂），
故答案為：v_Ⅰ（N₂）＞v_Ⅱ（N₂）＞v_Ⅲ（N₂）；
（2）第Ⅲ階段的開始與第Ⅱ階段的平衡各物質(zhì)的量均相等，根據(jù)H₂的量減少，NH₃的量增加可判斷平衡是正向移動的，根據(jù)平衡開始時濃度確定此平衡移動不可能是由濃度的變化引起的，另外題目所給條件容器的體積不變，則改變壓強(qiáng)也不可能，因此一定為溫度的影響，此反應(yīng)正向為放熱反應(yīng)，可以推測為降低溫度，另外結(jié)合H₂的速率在三個階段的情況，確定改變的條件一定為降低溫度，根據(jù)勒夏特列原理，平衡的移動只能減弱改變，不能抵消改變，因此達(dá)到平衡后溫度一定比第Ⅱ階段平衡時的溫度低，
故答案為：＞；此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡的移動只能減弱改變，不能抵消改變；
（3）達(dá)到第三次平衡后，將容器的體積擴(kuò)大一倍，改變條件的瞬間，各組分的濃度變?yōu)樵瓉淼亩�分之一，容器體積增大，壓強(qiáng)降低平衡向逆反應(yīng)方向移動，但增大的物質(zhì)的量濃度小于第三次平衡時濃度，同時注意各組分物質(zhì)的量濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，A、B、C的濃度隨時間變化的趨勢如圖：，故答案為：
（4）3H₂O₂+2NH₃=N₂+6H₂O△H＜0，此反應(yīng)可設(shè)計成原電池，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則反應(yīng)式為H₂O₂+2e^-=2OH^-；
CO（NH₂）₂在A極放電生成N₂，反應(yīng)方程式為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，
故答案為：H₂O₂+2e^-=2OH^-；CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．

點評 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖象、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡影響因素以及電極反應(yīng)式的書寫等，難度中等，（3）中作圖為易錯點，學(xué)生容易只考慮改變瞬間各物質(zhì)的濃度，不注意平衡時各物質(zhì)濃度的變化量．