Question

4．氨是一種重要的化工產(chǎn)品，是氮肥工業(yè)、有機(jī)合成工業(yè)以及制造硝酸、銨鹽和純堿等的原料．
（1）以氨為燃料，氧氣為氧化劑可以設(shè)計(jì)制造氨燃料電池，因產(chǎn)物無污染，在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用．若電極材料均為惰性電極，KOH溶液作電解質(zhì)溶液，則該電池負(fù)極電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；正極分壓式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（2）下列措施可以加快合成氨反應(yīng)速率的是ACDE．
A．通過縮小容器的容積增大壓強(qiáng)
B．及時(shí)將氨液化分離出去
C．適當(dāng)升溫
D．添加合適的催化劑
E．恒溫恒容時(shí)，再充入一定體積的氮?dú)?br />（3）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成氨的反應(yīng)．在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1mol N₂和3mol H₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計(jì)）后在一定溫度壓強(qiáng)下開始反應(yīng)，并用壓力計(jì)監(jiān)測容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25	30
壓強(qiáng)/MPa	16.80	14.78	13.86	13.27	12.85	12.60	12.60

則從反應(yīng)開始到25min時(shí)，①以N₂表示的平均反應(yīng)速率為0.01mol/（L．min）；②H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為50%；
（4）以CO₂與NH₃為原料合成尿素[化學(xué)式為CO（NH₂）₂]的主要反應(yīng)如下，已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）；△H=-159.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=+116kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）；△H=+44kJ•mol^-1
寫出CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式CO₂（g）+2NH₃（g）=CO（NH₂）₂（S）+H₂O（1）△H=-87.47kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）堿性燃料電池中，負(fù)極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）根據(jù)升溫、加壓、增大濃度、使用催化劑等可加快化學(xué)反應(yīng)速率，以此來解答；
（3）同一溫度下，容器中氣體壓強(qiáng)與總的物質(zhì)的量成正比，根據(jù)壓強(qiáng)計(jì)算平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算氮?dú)獾钠骄�反�?yīng)速率；根據(jù)平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度計(jì)算其平衡轉(zhuǎn)化率；
（4）根據(jù)蓋斯定律書寫其熱化學(xué)反應(yīng)方程式．

解答 解：（1）堿性燃料電池中，負(fù)極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該原電池中負(fù)極上氨氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，正極分壓式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）A．通過縮小容器的容積增大壓強(qiáng)，活化分子的數(shù)目增多，反應(yīng)速率加快；
B．及時(shí)將氨液化分離出去，減小生成物濃度，反應(yīng)速率減小；
C．適當(dāng)升溫，活化分子的百分?jǐn)?shù)增大，使化學(xué)反應(yīng)速率加快；
D．添加合適的催化劑，降低反應(yīng)所需的活化能，能使化學(xué)反應(yīng)速率加快； 
E．恒溫恒容時(shí)，再充入一定體積的氮?dú)�，增大反�?yīng)物濃度，活化分子的數(shù)目增多，反應(yīng)速率加快；
故答案為：ACDE；
（3）同一溫度下，容器中氣體壓強(qiáng)與總的物質(zhì)的量成正比，設(shè)平衡狀態(tài)時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為x，
16.80：12.60=（1+3）mol：x，x=$\frac{4mol×12.60}{16.80}$=3mol，所以平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為3mol，
設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為y，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）物質(zhì)的量減少
1mol                        2mol
y                         （4-3）mol
1mol：2mol=y：（4-3）mol，
y=$\frac{1mol×（4-3）mol}{2mol}$=0.5mol，
則從反應(yīng)開始到25min時(shí)，以N₂表示的平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{25min}$=0.01mol/（L．min），
平衡時(shí)，α（H₂）=$\frac{3mol-3×0.5mol}{3}×100%$=50%，故答案為：0.01 mol/（L．min）；50%；
（4）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116kJ•mol^-1
③H₂O（1）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
據(jù)蓋斯定律將方程式①+②-③得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.47 kJ•mol^-1，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.47 kJ•mol^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡計(jì)算、平衡判斷、原電池原理等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查知識(shí)運(yùn)用能力，化學(xué)平衡判斷時(shí)只有“反應(yīng)前后改變的物理量”才能作為判斷依據(jù)，難點(diǎn)是（4）題第二空，注意反應(yīng)方程式②的特點(diǎn)，題目難度中等．