Question

氨是一種重要的化工原料，氨的合成和應用是當前的重要研究內(nèi)容之一．

（1）傳統(tǒng)哈伯法合成氨工藝中，

①升高溫度，正反應速率（V正）   （填“增大”、“減小”或“不變”）．

②若增大壓強，N₂的轉化率    ；若已達平衡后再加入N₂，N₂的轉化率減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．

③若加壓到10×101.3KPa時，其它條件不變，發(fā)現(xiàn)平衡逆向移動，原因應該是  

A．由于體積變大了，反應朝著體積增大方向移動

B．由于N₂狀態(tài)發(fā)生了變化

C．由于體積變小了，反應朝著體積增大方向移動

D．由于N₂和H₂的狀態(tài)都發(fā)生了變化

E．由于H₂狀態(tài)發(fā)生了變化，N₂狀態(tài)可能發(fā)生變化也可能沒有變化

④如圖表示上述反應在某一時間段中反應速率與反應過程的關系圖．由圖判斷，NH₃的百分含量最高的一段時間是    ．

⑤據(jù)圖判斷反應在t₂～t₃這段時間內(nèi)，曲線變化的原因是D，t₅～t₆時間內(nèi)曲線變化的原因可能是B（以上均填編號）．

A．加了催化劑   B．擴大容器的體積       C．降低溫度               D．增大壓強

⑥不同溫度、壓強下，合成氨平衡體系中NH₃的物質(zhì)的量分數(shù)見表（N₂和H₂的起始物質(zhì)的量之比為1：3 ）．分析表中數(shù)據(jù)，200℃100MPa時H₂轉化率最高．

實際工業(yè)生產(chǎn)不選用該條件的主要原因是      ．

      0.1     10    20      30       60 100

200                             15.3  81.5    86.4  89.9    95.4     98.8

300                             2.2   52.0    64.2  71.0    84.2     92.6

400                             0.4   25.1    38.2  47.0    65.2     79.8

500                             0.1   10.6    19.1  26.4    42.2     57.5

600                             0.05  4.5     9.1   13.8    23.1     31.4

（2）最近美國Simons等科學家發(fā)明了不必使氨先裂化為氫就可直接用于燃料電池的方法．它既有液氫燃料電池的優(yōu)點，又克服了液氫不易保存的不足．其裝置為用鉑黑作為電極，加入電解質(zhì)溶液中，一個電極通入空氣，另一電極通入氨氣．其電池反應為4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O．寫出負極電極反應式     ，你認為電解質(zhì)溶液應顯    （填“酸性”、“中性”、“堿性”），其原因是      ．

Answer 1

考點：  化學反應速率與化學平衡圖象的綜合應用；原電池和電解池的工作原理；化學平衡的影響因素．

專題：  基本概念與基本理論．

分析：  （1）①升高溫度，正逆反應速率均增大；

②N₂+3H₂2NH₃是氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動；

③增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動；

④反應N₂+3H₂2NH₃向正反應方向移動，氨的量在增加，若反應向逆反應方向移動，則氨的量開始減��；

⑤反應在t₂～t₃這段時間內(nèi)正逆反應速率同時增大，正反應速率大于逆反應速率，t₅～t₆時間內(nèi)，正逆反應速率同時減小，逆反應速率大于正反應速率；

⑥H₂轉化率最高時，氨氣的含量最大；實際生成時要考慮生成成本、設備能否達到要求等方面；

（2）氨氣為堿性氣體，易與酸反應，應用堿性電解質(zhì)，負極發(fā)生氧化反應．

解答：  解：（1）①升高溫度，正逆反應速率均增大，

故答案為：增大；

②反應N₂+3H₂2NH₃是氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，N₂的轉化率增大，已達平衡后再加入N₂，N₂的轉化率減小，

故答案為：增大；減��；

③增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，只能由于H₂狀態(tài)發(fā)生了變化，不再為氣體，才能使左邊體積減小，故E時可能的情況，

故答案為：E；

④在t₃之前，正反應速率大于逆反應速率，平衡正向移動，氨的量在增加，當t₅時，逆反應速率開始大于正反應速率，平衡逆向移動，氨的量開始減小，所以t₃～t₅時NH₃的百分含量最高，故答案為：t₃～t₅；

⑤反應在t₂～t₃這段時間內(nèi)正逆反應速率同時增大，正反應速率大于逆反應速率，平衡正向移動，故改變條件為增大壓強，t₅～t₆時間內(nèi)，正逆反應速率同時減小，逆反應速率大于正反應速率，平衡逆向移動，故改變條件為減小壓強，即擴大容器的體積，

故答案為：D；B；

⑥200℃、100MPa時氨氣的含量最大，則H₂轉化率最高，但實際工業(yè)生產(chǎn)中壓強不能太大，因壓強太高，對生產(chǎn)設備要求也高，難以實現(xiàn)，且200℃時反應速率過低，

故答案為：200；100；壓強太高，對生產(chǎn)設備要求也高，難以實現(xiàn)，且200℃時反應速率過低；

（2）氨氣為堿性氣體，易與酸反應，所以電解質(zhì)溶液應呈堿性，負極發(fā)生氧化反應，氨氣被氧化生產(chǎn)氮氣，電極反應式為2NH₃+6OH^﹣﹣6e^﹣=N₂+6H₂O，

故答案為：2NH₃+60H^﹣﹣6e^﹣═N₂+6H₂O；堿性；NH₃在酸性介質(zhì)中易轉化為NH₄⁺離子；

點評：  本題考查化學平衡、電化學等知識，題目難度中等，本題影響化學平衡的因素，把握電極反應式的書寫．