Question

【題目】1909年化學(xué)家哈伯在實驗室首次合成了氨。2007年化學(xué)家格哈德·埃特爾在哈伯研究所證實了氫氣與氮氣在固體表面合成氨的反應(yīng)過程，示意如下圖：

（1）圖⑤表示生成的NH3離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別是______，_______。

（2）已知：4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g);ΔH=-1266.8kJ/mol，N2(g)+O2(g)=2NO(g)ΔH=+180.5kJ/mol，氨催化氧化的熱化學(xué)方程式為_________________________。

（3）500℃下，在A、B兩個容器中均發(fā)生合成氨的反應(yīng)。隔板Ⅰ固定不動，活塞Ⅱ可自由移動。

①當(dāng)合成氨在容器B中達(dá)平衡時，測得其中含有1.0molN2，0.4molH2，0.4molNH3，此時容積為2.0L。則此條件下的平衡常數(shù)為________________；保持溫度和壓強不變，向此容器中通入0.36molN2，平衡將______________（填“正向”、“逆向”或“不”）移動。

②向A、B兩容器中均通入xmolN2和ymolH2，初始A、B容積相同，并保持溫度不變。若要平衡時保持N2在A、B兩容器中的體積分?jǐn)?shù)相同，則x與y之間必須滿足的關(guān)系式為_____________。

（4）以CO和O2為電極燃料，以熔融K2CO3為電解質(zhì)組成燃料電池，請寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)方程式_____________________________________________。

Answer 1

【答案】N2和H2被吸附在催化劑表面 在催化劑表明N2和H2中化學(xué)鍵斷裂 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) H= —905.8KJ/mol 10 逆向 x=y CO-2e+CO32-=2CO2

【解析】

（1）圖②表示N2、H2被吸附在催化劑表面，而圖③表示在催化劑表面，N2、H2中化學(xué)鍵斷裂；

（2）利用蓋斯定律，把第二個熱化學(xué)方程式兩邊擴大2倍，然后兩個方程式相加就可以得到氨催化氧化的熱化學(xué)方程式；

（3）①根據(jù)平衡常數(shù)的概念計算，根據(jù)計算的濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；

②利用化學(xué)平衡三段式計算A的體積分?jǐn)?shù)相等列式計算；

（4）根據(jù)CO在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)寫出電極方程式。

（1）分析題中圖可以知道，圖②表示N2、H2被吸附在催化劑表面，而圖③表示在催化劑表面，N2、H2中化學(xué)鍵斷裂，

故答案為：N2和H2被吸附在催化劑表面；在催化劑表面，N2和H2中化學(xué)鍵斷裂。

（2）已知：4NH3（g）+3O2（g）=2N2（g）+6H2O（g）△H=-1266.8kJ/mol ①

N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol ②，由①+②×2得：4NH3（g）+5O2（g）=4NO（g）+6H2O（g）△H=-905.8kJ/mol，故答案為：4NH3（g）+5O2（g）=4NO（g）+6H2O（g）△H=-905.8kJ/mol。

（3）①若在某件下，反應(yīng)A（g）+3B（g）2C（g）在容器N中達(dá)到平衡，測得容器中含有A1.0mol，B0.4mol，C0.4mol，此時容積為2.0L．則此條件下的平衡常數(shù)K=（0.4mol÷2L）2/（1mol÷2L）×（0.4mol÷2L）3=10；保持溫度和壓強不變，向此容器內(nèi)通入0.36molA，平衡將Q=（1.36mol÷2L）2/（1mol÷2L）×（0.4mol÷2L）3=115.6＞10，反應(yīng)逆向進(jìn)行；

故答案為：10；逆向。

②向M、N中，各通入xmolA和ymolB，初始M、N容積相同，并保持溫度不變。設(shè)M容器中消耗A物質(zhì)的量amol，N容器中消耗A物質(zhì)的量為bmol，

M容器中，

A（g）+3B（g）2C（g）

起始量（mol） x y 0

變化量（mol） a 3a 2a

平衡量（mol） x-a y-3a 2a

N容器中，

A（g）+3B（g）2C（g），

起始量（mol） x y 0

變化量（mol） b 3b 2b

平衡量（mol）x-b y-3b 2b

若要平衡時保持A氣體在M、N兩容器中的體積分?jǐn)?shù)相等，（x-a）/（x+y-2a）=（x-b）/（x+y-2b），x：y=（b-a）：（b-a），則x：y=1：1，則起始通入容器中的A的物質(zhì)的量x mol與B的物質(zhì)的量y mol之間必須滿足的關(guān)系式為x=y=1；故答案為：x=y。

（4）該燃料電池燃料為CO，電解質(zhì)為熔融的K2CO3，總反應(yīng)為2CO+O2=2CO2，CO在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)方程式為：CO-2e+CO32-=2CO2，故答案為：CO-2e+CO32-=2CO2。