Question

【題目】在氮及其化合物的化工生產中，對有關反應的反應原理進行研究有著重要意義。

(1)t℃時，關于N2、NH3的兩個反應的信息如下表所示：

化學反應	正反應活化能	逆反應活化能	t℃時平衡常數
N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H>0	a kJ/mol	b kJ/mol	K1
4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) △H<0	c kJ/mol	d kJ/mol	K2

請寫出t℃時氨氣被一氧化氮氧化生成無毒氣體的熱化學方程式：______________________，t℃時該反應的平衡常數為__________ (用K1和K2表示)。

(2)工業合成氨的原理為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)下圖甲表示在一定體積的密閉容器中反應時，H2的物質的量濃度隨時間的變化。圖乙表示在其他條件不變的情況下，起始投料H2與N2的物質的量之比(設為x)與平衡時NH3的物質的量分數的關系。

①圖甲中0～t1 min內，v(N2)＝_____mol·L－1·min－1；b點的v(H2)正_____a點的v(H2)逆(填“大于”“小于”或“等于”)。

②己知某溫度下該反應達平衡時各物質均為1 mol，容器體積為1L，保持溫度和壓強不變，又充入3 mol N2后，平衡________(填“向右移動”“向左移動”或“不移動”)。

(3)①科學家研究出以尿素為動力的燃料電池新技術。用這種電池可直接去除城市廢水中的尿素，既能產生凈化的水，又能發電。尿素燃料電池結構如圖所示，寫出負極電極反應式：________________________________________________。

②理論上電池工作時，每消耗標準狀況下2.24 L O2時，可產生的電量為________ (法拉第常數為96500C/ mol)。

Answer 1

【答案】4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g) △H=(c-d-5a+5b) kJ/mol K= mol/(Lmin) 大于 不移動 CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+ 38600c

【解析】

(1)已知△H=正反應活化能-逆反應活化能，則①N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H=(a-b)kJ/mol >0，②4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) △H=(c-d)kJ/mol <0，由蓋斯定律知：②-①×5得4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g)，據此計算反應△H并寫出該反應的平衡常數；

(2) ①圖甲中0～t1 min內，H2的變化濃度為0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，由N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知N2的變化濃度為0.3mol/L×=0.1mol/L，再根據v(N2)＝計算；根據濃度越大，反應速率越快判斷b點與a點的速率大小；

②己知某溫度下該反應達平衡時各物質均為1 mol，容器體積為1L，則平衡常數K===1，保持溫度和壓強不變，又充入3 mol N2，此時容器的體積變為2L，則N2、H2和NH3的濃度瞬間變為2mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，根據Qc=判斷平衡移動的方向；

(3)①由尿素燃料電池的結構可知，正極上氧氣得到電子生成水，負極上尿素失去電子生成氮氣和二氧化碳；

②標準狀況下2.24 L O2的物質的量為=0.1mol，轉移電子的物質的量為0.4mol，再計算產生的電量。

(1) 已知△H=正反應活化能-逆反應活化能，則①N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H=(a-b)kJ/mol >0，②4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) △H=(c-d)kJ/mol <0，由蓋斯定律知：②-①×5得4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g)，即△H=(c-d)kJ/mol -[(a-b)]kJ/mol×5=(c-d-5a+5b) kJ/mol，則t℃時氨氣被一氧化氮氧化生成無毒氣體的熱化學方程式為4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g) △H=(c-d-5a+5b) kJ/mol，t℃時此反應的平衡常數為K=；

(2)①圖甲中0～t1 min內，H2的變化濃度為0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，由N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知N2的變化濃度為0.3mol/L×=0.1mol/L，則v(N2)＝==mol/(Lmin)；根據濃度越大，反應速率越快可知b點的v(H2)正大于a點的v(H2)逆；

②己知某溫度下該反應達平衡時各物質均為1 mol，容器體積為1L，則平衡常數K===1，保持溫度和壓強不變，又充入3 mol N2，此時容器的體積變為2L，則N2、H2和NH3的濃度瞬間變為2mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，根據Qc===1=K，則此時平衡不移動；

(3)①由尿素燃料電池的結構可知，負極上尿素失去電子生成氮氣和二氧化碳，負極反應為CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+；

②標準狀況下2.24 L O2的物質的量為=0.1mol，轉移電子的物質的量為0.4mol，則可產生的電量為96500C/ mol×0.4mol=38600c。