Question

（14分）合成氨是人類研究的重要課題，目前工業(yè)合成氨的原理為：
合成氨是人類研究的重要課題，目前工業(yè)合成氨的原理為：
N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol-1，在3個(gè)2L的密閉容器中，使用相同的催化劑，按不同方式投入反應(yīng)物，分別進(jìn)行反應(yīng)：
相持恒溫、恒容，測(cè)的反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	2mol NH3
達(dá)到平衡的時(shí)間/min		6	8
平衡時(shí) N2的體積密度	C1	1.5
混合氣體密度/g·L-1
平衡常數(shù)/ L2·mol-2	K甲	K乙	K丙

（1）下列各項(xiàng)能說明該反應(yīng)已到達(dá)平衡狀態(tài)的是            （填寫序號(hào)字母）
a.容器內(nèi)H₂、N₂、NH₃的濃度只比為1：3：2    b.容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
c.                          d.混合氣體的密度保持不變
e.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
（2）容器乙中反應(yīng)從開始到達(dá)平衡的反應(yīng)速度為=             
（3）在該溫度下甲容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)K           （用含C₁的代數(shù)式表示）
（4）分析上表數(shù)據(jù)，下列關(guān)系正確的是       （填序號(hào)）：
a.     b.氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率：          c.     d.
（5）另?yè)?jù)報(bào)道，常溫、常壓下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應(yīng)，生成NH₃和O₂。已知：H₂的燃燒熱△H=-286KJ/mol，則由次原理制NH₃反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為   
（6）希臘阿里斯多德大學(xué)的George Mamellos和Michacl Stoukides,發(fā)明了一種合成氨的新方法，在常壓下，把氫氣和用氨氣稀釋的氮?dú)夥謩e通入一個(gè)加熱到的電解池，李勇能通過的氫離子的多孔陶瓷固體作電解質(zhì)，氫氣和氮?dú)庠陔姌O上合成了氨，轉(zhuǎn)化率達(dá)到78%，在電解法合成氨的過程中，應(yīng)將N₂不斷地通入  極，該電極反應(yīng)式為                 。

Answer 1

（14分，每空2分）（1）be（全對(duì)2分，對(duì)1個(gè)得1分，有錯(cuò)不得分）
（2）0.25mol/(L·min)（單位不寫或錯(cuò)寫扣1分）
（3）K=4（1-C₁）²/C₁·(3C₁-1.5)³
（4）C
（5）2N₂(g)+6H₂O(l)="4" NH₃(g)+3 O₂(g)△H=+1530kJ·mol^-1
（6）陰 N₂+6H⁺++6e^-==2 NH₃

試題分析：（1）合成氨反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量發(fā)生變化的可逆反應(yīng)，所以壓強(qiáng)不變時(shí)證明已達(dá)平衡狀態(tài)，b正確；容器內(nèi)的各物質(zhì)的濃度比符合化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)未必是平衡狀態(tài)，a錯(cuò)誤；根據(jù)好好的定義，正逆反應(yīng)速率相等時(shí)達(dá)平衡狀態(tài)，氫氣的反應(yīng)速率是氮?dú)夥磻?yīng)速率的3倍，c錯(cuò)誤；容器的體積不變，所以氣體的密度始終不變，d錯(cuò)誤；氣體的質(zhì)量不變，而氣體的總物質(zhì)的量變化，當(dāng)平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)已達(dá)平衡狀態(tài)，e正確，答案選be；
（2）根據(jù)氮?dú)獾捏w積密度即濃度可計(jì)算平衡時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為3mol，則消耗氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量是1mol，氫氣的物質(zhì)的量是3mol，所以用氫氣表示的反應(yīng)速率為3mol/2L/6min="0.25" mol/(L·min);
（3）氮?dú)�、氫氣的起始濃度分別為1mol/L、1.5mol/L,根據(jù)氮?dú)馄胶鈺r(shí)的濃度可計(jì)算消耗氮?dú)獾臐舛葹?- C₁，消耗氫氣的濃度是3（1- C₁），生成氨氣的濃度為2（1- C₁），根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式可得K_甲=c(NH₃)²/c(N₂)c(H₂)³=4（1-C₁）²/C₁·(3C₁-1.5)³
（4）A、乙容器的反應(yīng)物濃度是甲容器的2倍，保持恒溫、恒容，乙容器相當(dāng)于在2個(gè)甲的基礎(chǔ)上又正向移動(dòng)，氮?dú)獾臐舛葴p小，所以2 C₁>1.5mol/L,錯(cuò)誤；B、把丙的2mol氨氣轉(zhuǎn)化為3mol氫氣和1mol氮?dú)馀c丙達(dá)到的平衡是等效的。甲與丙相比，甲的氫氣濃度大，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率高，錯(cuò)誤；C、乙容器的氣體質(zhì)量是甲容器的氣體質(zhì)量的2倍，容器的體積都為2L，所以，正確；D、三個(gè)容器的溫度相同，則化學(xué)平衡常數(shù)相等，錯(cuò)誤，答案選C；
（5）根據(jù)蓋斯定律N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1，①
2 H₂（g）+O₂（g）="2" H₂O(l) △H="-572" kJ?mol^-1  ②
則2N₂(g)+6H₂O(l)="4" NH₃(g)+3 O₂(g)的△H=①×2-②×3="+1530" kJ?mol^-，所以所求熱化學(xué)方程式為
2N₂(g)+6H₂O(l)="4" NH₃(g)+3 O₂(g)△H=+1530kJ·mol^-1
（6）氮?dú)庵械腘元素化合價(jià)為0，氨氣中的N元素的化合價(jià)為-3，所以氮?dú)獍l(fā)生還原反應(yīng)，則氮?dú)馐请娊獬氐年帢O；發(fā)生的電極反應(yīng)式為N₂+6H⁺++6e^-==2 NH₃