Question

【題目】1905年哈珀開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了以氮?dú)夂蜌錃鉃樵�料合成氨氣，生產(chǎn)的氨制造氮肥服務(wù)于農(nóng)業(yè)，養(yǎng)活了地球三分之一的人口，哈珀也因此獲得了1918年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

(1)工業(yè)合成氨的反應(yīng)如下：N2+3H22NH3。已知斷裂1 mol N2中的共價(jià)鍵吸收的能量為946 kJ，斷裂1 mol H2中的共價(jià)鍵吸收的能量為436 kJ，形成1 mol N-H鍵放出的能量為391 kJ，則由N2和H2生成2 mol NH3 的能量變化為__________kJ。 下圖能正確表示該反應(yīng)中能量變化的是__________(填“A”或“B”)。

(2)反應(yīng)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)在三種不同條件下進(jìn)行，N2、H2的起始濃度為 0，反應(yīng)物NH3的濃度(mol/L)隨時(shí)間(min)的變化情況如下表所示。

實(shí)驗(yàn)序號(hào)		0	10	20	30	40	50	60
①	400℃	1.0	0.80	0.67	0.57	0.50	0.50	0.50
②	400℃	1.0	0.60	0.50	0.50	0.50	0.50	0.50
③	500℃	1.0	0.40	0.25	0.20	0.20	0.20	0.20

根據(jù)上述數(shù)據(jù)回答：實(shí)驗(yàn)①②中，有一個(gè)實(shí)驗(yàn)使用了催化劑，它是實(shí)驗(yàn)_____(填序號(hào))；實(shí)驗(yàn)①③對(duì)比說(shuō)明了_________________________________。在恒溫恒容條件下，判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是_________(填序號(hào))。

a. NH3的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率 b.混合氣體的密度不變

c.混合氣體的壓強(qiáng)不變 d.c(NH3)=c(H2)

(3)近日美國(guó)猶他大學(xué) Minteer教授成功構(gòu)筑了H2—N2生物燃料電池。該電池類似燃料電池原理，以氮?dú)夂蜌錃鉃樵�料、氫化酶和固氮酶為兩極催化劑、質(zhì)子交換膜(能夠傳遞H+)為隔膜，在室溫條件下即實(shí)現(xiàn)了氨的合成同時(shí)還能提供電能。則A電極為_____極(填“正”、“負(fù)”)，該電池放電時(shí)溶液中的H+向______極移動(dòng)(填“A”、“B”)。

Answer 1

【答案】92 A ② 升高溫度，反應(yīng)速率加快，反應(yīng)進(jìn)行程度加大 ac 負(fù) B

【解析】

(1)反應(yīng)熱等于斷裂反應(yīng)物化學(xué)鍵吸收總能量與形成生成物化學(xué)鍵釋放的總能量的差；放熱反應(yīng)中反應(yīng)物的能量比生成物的高；吸熱反應(yīng)中反應(yīng)物的能量比生成物的低，據(jù)此判斷；

(2)根據(jù)催化劑可加快反應(yīng)速率分析判斷；根據(jù)實(shí)驗(yàn)①③不同點(diǎn)分析判斷二者的區(qū)別，并判斷該反應(yīng)條件的影響；反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，任何物質(zhì)的濃度不變、質(zhì)量不變，物質(zhì)的含量不變，據(jù)此判斷平衡狀態(tài)；

(3)根據(jù)原電池反應(yīng)中，負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合反應(yīng)中反應(yīng)中元素化合價(jià)變化分析判斷，陽(yáng)離子向負(fù)電荷較多的電極移動(dòng)。

(1)該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=946 kJ/mol+3×436 kJ-6×391 kJ/mol=-92 kJ/mol，所以由N2和H2生成2 mol NH3的能量放出92 kJ的熱量；該反應(yīng)發(fā)生放出熱量，說(shuō)明反應(yīng)物的總能量比生成物的總能量高，因此能正確表示該反應(yīng)中能量變化的圖示是A；

(2)實(shí)驗(yàn)①②的反應(yīng)溫度相同，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)各種物質(zhì)的濃度也相同，若其中一個(gè)使用的催化劑，由于催化劑能夠加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡所需要的時(shí)間，因此可以在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知實(shí)驗(yàn)②反應(yīng)速率快，則該實(shí)驗(yàn)②中使用了催化劑；

實(shí)驗(yàn)①③反應(yīng)開(kāi)始時(shí)只有溫度不同，其它外界條件都相同，說(shuō)明改變的條件是溫度。在其它條件不變時(shí)，升高溫度，反應(yīng)速率加快，先達(dá)到平衡，升高溫度，達(dá)到平衡時(shí)NH3的濃度更低，說(shuō)明升高溫度，有更多NH3分解產(chǎn)生N2、H2，化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度更大；

a．NH3的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，則NH3的濃度不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，a正確；

b．反應(yīng)混合物都是氣體，氣體的質(zhì)量始終不變，且反應(yīng)在恒容密閉容器中進(jìn)行，氣體的體積也不變，因此混合氣體的密度始終不變，不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，b錯(cuò)誤；

c．該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積改變的反應(yīng)，若混合氣體的壓強(qiáng)不變，說(shuō)明各種物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，c正確；

d．c(NH3)=c(H2)時(shí)反應(yīng)可能處于平衡狀態(tài)，也可能未達(dá)到平衡，這與反應(yīng)條件及開(kāi)始時(shí)加入物質(zhì)的多少有關(guān)，不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，d錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是ac；

(3)在反應(yīng)N2+3H22NH3中，N2得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)；H2失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。根據(jù)圖示可知：A電極通入H2，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生H+，所以A電極為負(fù)極，N2在B電極得到電子，被還原產(chǎn)生NH3，所以B電極為正極。電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，正極上負(fù)電荷較多，則該電池放電時(shí)溶液中的H+向負(fù)電荷較多的正極B移動(dòng)，即H+由A電極區(qū)向B電極區(qū)域移動(dòng)。