Question

氨气有广泛用途，工业上利用反应N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)  ∆H<0合成氨，其基本合成过程如下：

（1）某小组为了探究外界条件对反应的影响，以c₀ mol/L H₂参加合成氨反应，在a、b两种条件下分别达到平衡，如图A。

①a条件下，0～t₀的平均反应速率v(N₂)=             mol·L^-1·min^-1。

②相对a而言，b可能改变的条件是                。

③在a条件下t₁时刻将容器体积压缩至原来的1/2，t₂时刻重新建立平衡状态。请在答题卡相应位置画出t₁～t₂时刻c(H₂)的变化曲线。

（2）某小组往一恒温恒压容器充入9mol N₂和23mol H₂模拟合成氨反应，图B为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强（p）的关系图。若体系在T₂、60MPa下达到平衡。

① 此时N₂的平衡分压为         MPa，H₂的平衡分压为          MPa。（分压＝总压×物质的量分数）

② 列式计算此时的平衡常数Kp=        。（用平衡分压代替平衡浓度计算，结果保留2位有效数字）

（3）分离器中的过程对整个工业合成氨的意义是               。

（4）有人利用NO₂和NH₃构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放减少环境污染，又能充分利用化学能进行粗铜精炼，如图C所示，d极为粗铜。

① a极通入           气体(填化学式)；② b极电极反应为                  。

Answer

（1）①（c0-c1）/300t0 ②增大c(N2) ③如图

（2）①9 15②（3）及时分离出液氨，c(NH3)减小，使平衡往生成NH3的方向移动，增大原料利用率（或NH3产率）（4）①NO2 ②2NH3—6e—+6OH—=N2+6H2O

【解析】

试题分析：（1）①由图像可知，a条件下，0～t0时间内，氢气的浓度变化量为(c0-c1)×10-2mol/L，所以用氢气表示的化学反应速率为（c0-c1）/100t0 mol·L-1·min-1,由于化学反应速率之比等于化学计量数之比，所以氮气的平均反应速率v(N2)= （c0-c1）/300t0 mol·L-1·min-1。

②相对a而言，b到达平衡的时间缩短，说明化学反应速率加快，氢气的浓度降低，说明平衡正向移动，该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不会是升高温度造成的，增大压强，各物质的浓度都会增大，不会是增大压强造成的，则可能改变的条件是增大c(N2)。

③在a条件下t1时刻将容器体积压缩至原来的1/2，氢气浓度迅速增大至2c1，平衡正向移动，氢气的浓度降低，但t2时刻重新建立平衡状态时，氢气的浓度大于c1，所以图像为

。

（2）①由图像提供的数据，根据三段式解题：

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

起始物质的量 9 23 0

变化物质的量 x 3x 2x

平衡物质的量 9-x 23-3x 2x

[2x÷(9-x+23-3x+2x)]×100%=60，解得x=6

则此时N2的平衡分压为60×（3÷20）=9 MPa，H2的平衡分压为60×（5÷20）=15 MPa。

②用平衡分压代替平衡浓度带入平衡常数表达式中，则此时的平衡常数

Kp=

（3）分离器中的过程可以及时分离出液氨，使c(NH3)减小，平衡往生成NH3的方向移动，增大了原料利用率（或NH3产率）

（4）根据题意，NO2和氨气发生的反应为6NO2+8NH3═7N2+12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则通入NO2的电极为正极，通入氨气的电极为负极，因为d极为粗铜，粗铜做阳极，与原电池的正极相连，所以① a极通入NO2气体；② b极通入氨气，氨气失电子生成氮气和水，则b电极反应为2NH3—6e—+6OH—=N2+6H2O。

考点：考查化学反应速率的计算，影响化学反应速率的因素，化学平衡和原电池的工作原理。