Question

（1）N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H=－94.4kJ·mol^－1。恒容時，體系中各物質濃度隨時間變化的曲線如圖示。

①在1L容器中發生反應，前20min內，v(NH₃)=         ，放出的熱量為        ；
②25min時采取的措施是                                     ；
③時段III條件下，反應的平衡常數表達式為                （用具體數據表示）。
（2）電廠煙氣脫氮的主反應①：4NH₃(g)+6NO(g)5N₂(g)+6H₂O(g)   △H<0，副反應②：2NH₃(g)+8NO(g)5N₂O(g)+3H₂O(g) △H＞0。平衡混合氣中N₂與N₂O含量與溫度的關系如右圖。請回答：在400K～600K時，平衡混合氣中N₂含量隨溫度的變化規律是                                                          ，導致這種規律的原因是                                                 （任答合理的一條原因）。

（3）直接供氨式燃料電池是以NaOH溶液為電解質的。電池反應為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，則負極電極反應式為                                   。

Answer 1

（16分）有效數字錯誤或無單位扣1分
（1）①0.050mol?L^－1?min^－1    （2分）   47.2kJ   （2分）  
② 將NH₃從反應體系中分離出去                  （2分）
③                （3分）
（2）隨溫度升高，N₂的含量降低 （2分）   主反應為放熱反應，升溫使主反應的平衡左移或者副反應為吸熱反應，升溫使副反應的平衡右移，降低了NH₃和NO濃度，使主反應的平衡左移（2分）
（3）2NH₃ + 6OH^－—6e^－= N₂+ 6H₂O  （3分）

試題分析：（1）①讀圖可知，前20min內氨氣的濃度由0逐漸增大到1.0mol/L，根據定義式可得，v(NH₃)=1.0mol/L÷20min=0.050mol/(L?min)，注意保留兩位有效數字；氮氣由1.0mol/L逐漸減小到0.50mol/L，根據c?V=n可求參加反應的氮氣的物質的量，即(1.0—0.50)mol/L1L=0.50mol，由于N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H=－94.4kJ·mol^－1表示1mol氮氣反應放出94.4kJ熱量，物質的量減半，則放出的熱量減半，則 0.50mol氮氣反應放出47.2kJ熱量；②讀圖可知，25min時氨氣的濃度由1.0mol/L變為0，說明采取的措施是將平衡體系中的氨氣及時分離出去，導致氨氣的濃度減小，平衡向正反應方向移動，則氨氣、氫氣的濃度均減小，氨氣的濃度由0逐漸增大；③時段III條件下，生成物、反應物的平衡濃度可由圖中得出，則氨氣、氮氣、氫氣的平衡濃度分別為0.50mol/L、0.25mol/L、0.75mol/L，代入合成氨的平衡常數表達式可得，K=(0.50mol/L)²/[( 0.25mol/L)×( 0.75mol/L)³]；（2）讀圖可知，在400K～600K時，平衡混合氣中氮氣含量隨溫度的升高而降低，而一氧化二氮的含量則隨溫度升高而增大；觀察熱化學方程式可知主反應是放熱反應，升高溫度，導致主反應的平衡左移，所以氮氣含量隨溫度升高而降低（或者副反應為吸熱反應，升溫使副反應的平衡右移，降低了NH₃和NO濃度，使主反應的平衡左移）；（3）觀察電池總反應式，發現氮元素由—3價升為0價，失去電子，發生氧化反應，而氧元素由0價將為—2價，得到電子，發生還原反應，說明氨氣是負極反應物，氧氣是正極反應物；根據電子、電荷、原子守恒原理，可以得到NaOH溶液中負極反應式為2NH₃ + 6OH^－—6e^－= N₂+ 6H₂O，正極反應式為O₂+2H₂O+4e^－="4" OH^－。