Question

1913年，德国化学家哈伯实现了合成氨的工业化生产，被称作解救世界粮食危机的化学天才。现将lmolN₂和3molH₂投入1L的密闭容器，在一定条件下，利用如下反应模拟哈伯合成氨的工业化生产：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)  △H＜0

当改变某一外界条件（温度或压强）时，NH₃的体积分数ψ(NH₃)变化趋势如下图所示。

回答下列问题：

（1）已知：①NH₃(g) NH₃(g) △H₁

②N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(l)  △H₂

则反应N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)的△H＝              （用含△H₁、△H₂的代数式表示）。

（2）合成氨的平衡常数表达式为____          ，平衡时，M点NH₃的体积分数为10%，则N₂的转化率为        （保留两位有效数字）。

（3）X轴上a点的数值比b点          （填“大”或“小”）。上图中，  Y轴表示     （填“温度”或“压强”），判断的理由是               。

（4）若将1mol N₂和3mol H₂分别投入起始容积为1L的密闭容器中，实验条件和平衡时的相关数据如下表所示：

下列判断正确的是____。

A.放出热量：Q_l< Q₂< △H_l  B. N₂的转化率：I> III

C.平衡常数：II >I       D.达平衡时氨气的体积分数：I>II

（5）常温下，向VmL amoI.L^-l的稀硫酸溶液中滴加等体积bmol.L^-l 的氨水，恰好使混合溶液呈中性，此时溶液中c(NH₄⁺)__c(SO₄^2-)（填“>”、“<”或“=”）。

（6）利用氨气设计一种环保燃料电池，一极通入氨气，另一极通入空气，电解质是掺杂氧化钇(Y₂0₃)的氧化锆(ZrO₂)晶体，它在熔融状态下能传导O^2-。写出负极的电极反应式             。

Answer

（1）2△H1+△H2 （2）；18% （3）小；温度；随Y值的增大，ψ(NH3)减小；平衡N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) △H＜0向逆反应方向进行，故Y为温度 （4）AB

（5）＞ （6）2NH3－6e－＋3O2－＝N2＋3H2O

【解析】

试题分析：（1）已知：①NH3(g) NH3(g) △H1，②N2(g)＋3H2(g)2NH3(l) △H2，则依据盖斯定律可知①×2＋②即得到反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的△H＝2△H1+△H2 。

（2） 化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以合成氨的平衡常数表达式为；平衡时，M点NH3的体积分数为10%，则根据方程式可知

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

起始量（mol） 1 3 2

转化量（mol） x 3x 2x

平衡量（mol）1－x 3－3x 2x

则有

解得x＝0.18

所以N2的转化率为18%。

（3）根据图像可知随Y值的增大，ψ(NH3)减小；平衡N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) △H＜0向逆反应方向进行，故Y为温度，因此X轴表示压强。又因为正反应是体积减小的，则增大压强平衡向正反应方向进行，氨气的含量增大，所以X轴上a点的数值比b点小。

（4）A.正反应是放热的体积减小的可逆反应，增大压强平衡向正反应方向进行，所以放出热量：QlIII，B正确；C.平衡常数只与温度有关系，则平衡常数：II＝I ，C错误；D. 正反应是放热的体积减小的可逆反应，增大压强平衡向正反应方向进行，所以达平衡时氨气的体积分数：I