Question

氨是一種重要的化工產(chǎn)品，是氮肥工業(yè)、有機(jī)合成工業(yè)以及制造硝酸、銨鹽和純堿的原料，也是一種常用的制冷劑。
(1) 實(shí)驗(yàn)室制備氨氣的化學(xué)反應(yīng)方程式為_________。
(2) 工業(yè)合成氨的反應(yīng)方程式為：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g) △H。下圖I是合成氨反應(yīng)的能量與反應(yīng)過程相關(guān)圖（未使用催化劑）；圖D是合成気反應(yīng)在2L容器中、相同投料情況下、其它條件都不變時(shí)，某一反應(yīng)條件的改變對反應(yīng)的影響圖。

下列說法正確的是_______。

A．ΔH＝－92.4kJ/mol

B．使用催化劑會(huì)使E1的數(shù)值增大

C．為了提高轉(zhuǎn)化率，工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)的濃度越低越好

D．圖II是不同壓強(qiáng)下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖，且PA<PB

E.圖II是不同溫度下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖，且T_A>T_B；
F.該反應(yīng)的平銜常數(shù)K_A<K_B
G.在曲線A條件下，反應(yīng)從開始到平衡，消耗N₂的平均速率為mol/(L·min)
(3) —定溫度下，向一個(gè)容積為2 L的密閉容器中通入2 mol N₂和7 mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)測得容器的壓強(qiáng)為起始時(shí)的倍，則此溫度下的平衡常數(shù)為_______。在同一溫度，同一容器中，將起始物質(zhì)改為amol N₂  b molH₂   c mol NH₃ (a,b,c均不為零）欲使平衡混合物中各物質(zhì)的質(zhì)量與原平衡相同，則a,b,c滿足的關(guān)系為_____________(用含a,b,c的表達(dá)式表示），且欲使反應(yīng)在起始時(shí)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，c的取值范圍是_______
(4)已知H₂(g)的燃燒熱為285.8 kJ/mol，試寫出表示NH₃(g)燃燒熱的熱化學(xué)反應(yīng)方程式_____。以氨氣為燃料可以設(shè)計(jì)制氨燃料電池（電極材料均為惰性電極,KOH溶液作電解質(zhì)溶液）該電池負(fù)極電極反應(yīng)式為_______經(jīng)測定，該電作過程中每放出1molN₂實(shí)際提供460kJ的電能，則該燃料電池的實(shí)際效率為_____(燃料電池的實(shí)標(biāo)效率是指電池實(shí)際提供的電能占燃料電池反應(yīng)所能釋放出的全部能量的百分?jǐn)?shù))

Answer 1

（1）2NH₄Cl＋Ca(OH)₂CaCl₂＋2NH₃↑＋2H₂O（2分）  （2）AEFG （2分）
（3）0.25L²·mol^－2（2分，平衡常數(shù)不帶單位也給分）；
a＋0.5c＝2、b＋1.5c＝7（2分）；2＜c＜4（2分）
（4）NH₃(g)＋O₂(g)＝H₂O(l)＋N₂(g) △H＝－382.5kJ/mol（2分）
2NH₃－6e^－＋6OH^－＝6H₂O＋N₂（2分）    60.1%（1分）

試題分析：(1)實(shí)驗(yàn)室制備氨氣的化學(xué)反應(yīng)方程式為2NH₄Cl＋Ca(OH)₂CaCl₂＋2NH₃↑＋2H₂O。
（2）根據(jù)圖像I可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，因此該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以ΔH＝312.4kJ/mol=404.8kJ/mol＝－92.4kJ/mol，A正確；催化劑降低反應(yīng)的活化能，所以使用催化劑會(huì)使E₁的數(shù)值增大，B不正確；為了提高轉(zhuǎn)化率，工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)的濃度并不是越低越好，C不正確；根據(jù)圖像Ⅱ可知，曲線A首先達(dá)到平衡狀態(tài)，這說明曲線A的反應(yīng)速率快。但平衡時(shí)曲線A表示的氨氣物質(zhì)的量低，由于正方應(yīng)是體積減小的放熱的可逆反應(yīng)，所以曲線Ⅱ中表示的條件是升高溫度，所以選項(xiàng)D不正確，E正確；升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以平衡常數(shù)減小，因此選項(xiàng)F正確。根據(jù)圖像Ⅱ可知，反應(yīng)進(jìn)行到t₁時(shí)，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)生成氨氣的物質(zhì)的量是n₁mol，所以消耗氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量是2n₁mol，所以在曲線A條件下，反應(yīng)從開始到平衡，消耗N₂的平均速率為mol/(L·min)，G正確，答案選AEFG。
（3）             N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)
起始濃度（mol/L）  1      3.5         0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）  x      3x          2x
平衡濃度（mol/L） 1－x  3.5－3x       2x
達(dá)到平衡時(shí)測得容器的壓強(qiáng)為起始時(shí)的倍
所以×4.5＝1－x＋3.5－3x＋2x
解得x＝0.5
所以該溫度下可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝0.25L²·mol^－2
對于恒溫恒容下對于反應(yīng)前后氣體體積發(fā)生變化的反應(yīng)來說（即△n≠0的體系）：等效轉(zhuǎn)化后，對應(yīng)各物質(zhì)起始投料的物質(zhì)的量與原平衡起始態(tài)相同即可，據(jù)此可知欲使平衡混合物中各物質(zhì)的質(zhì)量與原平衡相同，則a,b,c滿足的關(guān)系為a＋0.5c＝2、b＋1.5c＝7。由于平衡時(shí)氨氣的物質(zhì)的量是2mol，所以要欲使反應(yīng)在起始時(shí)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，c的取值范圍是c＞2。當(dāng)起始時(shí)反應(yīng)物的物質(zhì)的量為0時(shí)，氨氣的物質(zhì)的量最大，所以根據(jù)a＋0.5c＝2、b＋1.5c＝7可知，c＝4或4.7，因此c的取值范圍是2＜c＜4。
（3）H₂(g)的燃燒熱為285.8 kJ/mol，則氫氣燃燒的熱化學(xué)方程式是H₂(g)＋0.5O₂(g)＝H₂O(l) △H＝－285.8 kJ/mol…①，所以根據(jù)N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g) △H＝－92.4kJ/mol…②可知，②÷2－①×即得到熱化學(xué)方程式NH₃(g)＋O₂(g)＝H₂O(l)＋N₂(g) △H＝－382.5kJ/mol。原電池負(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)。所以在該燃料電池中氨氣失去電子，在負(fù)極通入，其電極反應(yīng)式是2NH₃－6e^－＋6OH^－＝6H₂O＋N₂。根熱化學(xué)方程式可知，每生成1molN₂放出765kJ能量，而實(shí)際提供460kJ的電能，所以該燃料電池的實(shí)際效率為×100%＝60.1%。