Question

1．（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-94.4kJ•mol^-l．恒容時體系中各物質(zhì)濃度隨時間變化的曲線如圖1所示，20min時達平衡狀態(tài)．
①在1L容器中發(fā)生反應(yīng)，前20min內(nèi)，v（NH₃）=0.050mol（L•min）^-1，放出的熱量為47.2kJ；
②25min時采取的措施是將NH₃從反應(yīng)體系中分離出去；
③時段Ⅲ條件下，反應(yīng)平衡常數(shù)表達式為（用具體數(shù)據(jù)表示）$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$．
（2）電廠煙氣脫氮的主反應(yīng)①：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0，副反應(yīng)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(guān)系如圖2．平衡混合氣中N₂含量隨溫度的變化規(guī)律是隨溫度升高，N₂的含量降低，導(dǎo)致這種變化的原因是主反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫使主反應(yīng)的平衡左移或者副反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫使副反應(yīng)的平衡右移，降低了NH₃和NO濃度，使主反應(yīng)的平衡左移（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(zhì)的．電池反應(yīng)為：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，則負極電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算出前20min內(nèi)氨氣的平均反應(yīng)速率v（NH₃），根據(jù)達到平衡時生成氨氣的物質(zhì)的量及熱化學(xué)方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1計算出放出的熱量；
②根據(jù)25min時氨氣的物質(zhì)的量變?yōu)?，而氮氣和氫氣的物質(zhì)的量不變進行解答，改變的條件是分離出氨氣；
③根據(jù)時段Ⅲ條件下達到平衡時各組分的濃度及平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積進行解答；
（2）根據(jù)圖2中隨著溫度升高，氮氣、N₂O的含量變化進行分析，溫度對化學(xué)平衡影響及兩個可逆反應(yīng)的反應(yīng)熱情況，升溫使主反應(yīng)的平衡左移或者副反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫使副反應(yīng)的平衡右移；
（3）根據(jù)原電池工作原理及電極反應(yīng)寫出該燃料電池的負極反應(yīng)式，燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)是負極上的反應(yīng)，氨氣失電子在堿溶液中生成氮氣，結(jié)合原子守恒和電荷守恒寫出電極反應(yīng)．

解答 解：（1）①根據(jù)圖象可知，20min時氨氣的物質(zhì)的量濃度為1.00mol/L，所以氨氣的平均反應(yīng)速率為：v（NH₃）=$\frac{1.00mol/L}{20min}$=0.050mol（L•min）^-1；
達到平衡時生成的氨氣的物質(zhì)的量為：1.00 mol/L×1L=1.00mol，
根據(jù)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1可知生成1.00mol氨氣放出的熱量為$\frac{1}{2}$×94.4kJ•mol^-1=47.2kJ，
故答案為：0.050mol（L•min）^-1； 47.2kJ；
②25min時氨氣的物質(zhì)的量迅速變?yōu)?而氮氣、氫氣的物質(zhì)的量不變，之后氮氣、氫氣的物質(zhì)的量逐漸減小，氨氣的物質(zhì)的量逐漸增大，說明25min時改變的條件是將NH₃從反應(yīng)體系中分離出去，
故答案為：將NH₃從反應(yīng)體系中分離出去；
③時段Ⅲ條件下，反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），圖象方向可知平衡狀態(tài)下[N₂]=0.25mol/L，[NH₃]=0.50mol/L，[H₂]=0.75mol/L，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為：K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{H}_{2}]^{3}[{N}_{2}]}$=$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$，
故答案為：$\frac{（0.50mol/L）^{2}}{（0.75mol/L）^{3}×0.25mol/L}$；
（2）根據(jù)圖象可知，在400K～600K時，平衡混合氣中N₂含量隨溫度的升高逐漸降低，主反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向著逆向移動，氮氣的含量減小或者副反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫使副反應(yīng)的平衡右移，降低了NH₃和NO濃度，使主反應(yīng)的平衡左移，
故答案為：隨溫度升高，N₂的含量降低；主反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫使主反應(yīng)的平衡左移或者副反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫使副反應(yīng)的平衡右移，降低了NH₃和NO濃度，使主反應(yīng)的平衡左移；
（3）原電池負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該燃料電池中負極氨氣失去電子生成氮氣，堿性環(huán)境下生成氮氣和水，電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

點評 本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率計算、影響化學(xué)平衡的因素及原電池工作原理，題目難度中等，注意掌握溫度等因素對化學(xué)平衡的影響，原電池電極書寫方法，明確化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)的概念及計算方法是解題關(guān)鍵．