Question

N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）  ΔH=-92.4KJ/mol。在500℃、20MPa时，将N₂和H₂通入到体积为2L的密闭容器中，反应过程中各种物质的物质的量变化如图所示：

（1）10min内用NH₃表示该反应的平均速率，v（NH₃）= _______。

（2）在10-20min内NH₃浓度变化的原因可能是_______（填字母）。

a.加了催化剂          b.降低温度           c.增加NH₃的物质的量

（3）该可逆反应达到平衡的标志是___（填字母）

a.3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆

b.混合气体的密度不再随时间变化

c.容器内的总压强不再随时间而变化

d.N₂、H₂、NH₃的分子数之比为1:3:2

e.单位时间生成mmolN₂的同时消耗3mmolH₂

f.amolN=N键断裂的同时，有6amolN-M键合成

（4）第一次平衡时，平衡常数K₁=____（用数学表达式表示）。NH₃的体积分数是_____（保留2位小数）。

（5）在反应进行到25min时，曲线发生变化的原因是______。

（6）已知：N₂（g）+3H₂2NH₃（g）      ΔH=-92.4KJ/mol

2H₂（g）+O₂（g）2H₂O（g） ΔH=-483.6KJ/mol

氨气完全燃烧生成气态水的热化学方程式是______

（7）安阳燃料电池具有很大的发展潜力。安阳燃料电池工作原理如图所示：

①b电极的电极反应式是_________；

②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因是_____。

Answer

v（NH3）= 0.005 mol/(L·min) a c e 42.86% 移走了生成的氨气（或减小了氨气的浓度） 4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(g) ΔH =－1266.0 kJ/mol O2 + 4e- + 2H2O＝ 4OH－ 由于发生4NH3 + 3O22N2 + 6H2O 反应，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH。

【解析】（1）根据反应速率的表达式，c(NH3)=0.1/(2×10)mol/(L·min)=0.005mol/(L·min)；（2）由图像可知，各组分物质的量变化增加，，且10min时变化是连续的，20min达到平衡时，N2的物质的量变化量为0.025×4mol=0.1mol，氢气的物质的量变化量为0.025×12mol=0.3mol，NH3物质的量变化量为0.025×8mol=0.2mol，物质的量变化之比等于化学计量时之比，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明使用了催化剂，故选项a正确；（3）a、用不同物质反应速率判断达到平衡，要求反应方向一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，v正(H2)向正反应方向进行，v逆(NH3)向逆反应方向进行，v正(H2)/v逆(NH3)=3:2，应是2v正(H2)=3v逆(NH3)，故错误；b、组分都是气体，气体质量保持不变，又是恒容状态，因此密度不变，不能说明反应达到平衡，故错误；c、反应前后气体系数之和不相等，因此压强不变，说明反应达到平衡，故正确；d、因为不知道开始时投入量是多少，因此分子数之比不能判断是否达到平衡，故错误；e、反应方向一正一逆，且等于反应速率之比，因此达到平衡，故正确；f、反应方向都是向正反应方向进行，因此不能说明达到平衡，故错误；（4）根据平衡常数的定义，表达式为K1=c2(NH3)/[c(N2)×c3(H2)]，在20min时第一次达到平衡，n(N2)=0.25mol，n(H2)=0.15mol，n(NH3)=0.3mol，因此有K=(0.3/2)2/[(0.25/2)×(0.15/2)3]或者，NH3的体积分数为0.3/(0.25＋0.15＋0.3)×100%=42.86%；（5）根据图像，第25min时，氨气的量突然减小，而其他物质的量不变，说明此时刻移出NH3或分离出NH3；（6）①N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)，②×3－2×①得出：4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(g) ΔH =－1266.0 kJ/mol ；（7）①根据工作原理，b极发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－；②总电极反应是4NH3＋O22N2＋6H2O，KOH的浓度降低，因此需要补充KOH。

【点睛】本题考查化学平衡和速率计算、图象分析，为高频考点， 化学平衡计算常采用“三段式”起始、变化、平衡，根据题目中信息，列出计算式，求出结果；热化学反应方程式的计算，常采用方程式的变形，注意反应热符号的变化和反应热和系数之间的关系，列出目标反应方程式；电极反应式的书写，是高考的高频题，考查了学生分析问题、解决问题的能力，注意电极正负极的判断以及反应式的书写。