Question

【題目】1913年，德國化學家哈伯實現了合成氨的工業化生產，被稱作解救世界糧食危機的化學天才．現將lmolN2和3molH2投入1L的密閉容器，在一定條件下，利用如下反應模擬哈伯合成氨的工業化生產：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H＜0．當改變某一外界條件(溫度或壓強)時，NH3的體積分數ψ(NH3)變化趨勢如圖所示．

回答下列問題：

（1）已知：①NH3(l)═NH3(g)△H1，②N2(g)+3H2(g) 2NH3(l)△H2；則反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的△H=_____________(用含△H1、△H2的代數式表示)；

（2）合成氨的平衡常數表達式為____________，平衡時，M點NH3的體積分數為10%，則N2的轉化率為____________(保留兩位有效數字) ；

（3）X軸上a點的數值比b點____________(填“大”或“小”)。上圖中，Y軸表示____________(填“溫度”或“壓強”)，判斷的理由是____________；

（4）若將1mol N2和3mol H2分別投入起始容積為1L的密閉容器中，實驗條件和平衡時的相關數據如表所示：

容器編號	實驗條件	平衡時反應中的能量變化
Ⅰ	恒溫恒容	放熱Q1kJ
Ⅱ	恒溫恒壓	放熱Q2kJ
Ⅲ	恒容絕熱	放熱Q3kJ

下列判斷正確的是____________；

A．放出熱量：Ql＜Q2＜△Hl B．N2的轉化率：Ⅰ＞Ⅲ

C．平衡常數：Ⅱ＞Ⅰ D．達平衡時氨氣的體積分數：Ⅰ＞Ⅱ

（5）常溫下，向VmL amol/L的稀硫酸溶液中滴加等體積bmol/L的氨水，恰好使混合溶液呈中性，此時溶液中c(NH4+)____________c(SO42-)(填“＞”、“＜”或“=”) ；

（6）利用氨氣設計一種環保燃料電池，一極通入氨氣，另一極通入空氣，電解質是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，它在熔融狀態下能傳導O2-，寫出負極的電極反應式____________。

Answer 1

【答案】2△H1+△H218%小溫度隨Y值增大，φ(NH3)減小，平衡N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H＜0向逆反應方向移動，故Y為溫度AB＞2NH3+3O2--6e-=N2+3H2O

【解析】

(1)已知：①NH3(l)NH3(g)△H1，②N2(g)+3H2(g)2NH3(l)△H2，根據蓋斯定律，①×2+②可得：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，故△H=2△H1+△H2，故答案為：2△H1+△H2；

(2)反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常數表達式K=，設轉化的氮氣為xmol，則：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量(mol)：1 3 0

轉化量(mol)：x 3x 2x

平衡量(mol)：1-x 3-3x 2x

所以=10%，解得x=mol，故氮氣轉化率為×100%=18%，故答案為：；18%；

(3)隨Y值增大，φ(NH3)減小，平衡N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H＜0向逆反應方向移動，正反應為體積減小的放熱反應，故Y為溫度，則X為壓強，增大壓強平衡正向移動，φ(NH3)增大，a點的數值比b點小，故答案為：小；溫度；隨Y值增大，φ(NH3)減小，平衡N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H＜0向逆反應方向移動，故Y為溫度；

(4)A．I為恒溫恒容，隨反應進行壓強減小，Ⅱ為恒溫恒壓，Ⅱ等效為在I的基礎上增大壓強，平衡正向移動，Ⅱ中反應物轉化率大于Ⅰ，放出熱量：Ql＜Q2，故A正確；B．Ⅲ為恒容絕熱，隨反應進行溫度升高，I為恒溫恒容，Ⅲ等效為在I的基礎上升高溫度，平衡逆向移動，N2的轉化率：I＞III，故B正確；C．平衡常數只受溫度影響，溫度相同，平衡常數相同，則平衡常數：II=I，故C錯誤；D．Ⅱ等效為在I的基礎上增大壓強，平衡正向移動，則達平衡時氨氣的體積分數：I＜II，故D錯誤；故答案為：AB；

(5)溶液呈中性，則c(H+)=c(OH-)，根據電荷守恒：c(NH4+)+c(H+)=2c(SO42-)+c(OH-)，則c(NH4+)＞c(SO42-)，故答案為：＞；

(6)原電池負極發生氧化反應，氨氣在負極失去電子，與電解質氧化傳導的O2-結合生成氮氣與水，負極電極反應式為：2NH3+3O2--6e-=N2+3H2O，故答案為：2NH3+3O2--6e-=N2+3H2O。