Question

（1）工业合成氨时，合成塔中每产生1molNH₃，放出46.1kJ的热量。

某小组研究在500℃下该反应过程中的能量变化。他们分别在体积均为VL的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应。相关数据如下：

容器	起始时各物质物质的量/mol	达到平衡的时间	达平衡时体系能量的变化/kJ
N2	H2	NH3
a	1	4	0	t1 min	放出热量：36.88kJ
b	2	8	0	t2 min	放出热量：Q

①容器a中，0~t₁时间的平均反应速率为υ(H₂)= ___________。

②下列叙述正确的是________（填字母序号）。

A．容器b中反应达平衡状态时，Q＞73.76kJ

B．平衡时，两容器中H₂的体积分数相等

C．反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等

D．平衡时，容器中N₂的转化率：a<b

（2）以氨为原料，合成尿素的反应原理为：2NH₃(g)＋CO₂(g)CO(NH₂)₂(l)＋H₂O(g)  ΔH = a kJ·mol^-1。

为研究平衡时CO₂的转化率与反应物投料比[]及温度的关系，研究小组在10 L恒容密闭容器中进行模拟反应。（Ⅰ、Ⅱ曲线分别表示在不同投料比时，CO₂的转化率与温度之间的关系）。

①a_______0 (填“＞”或“＜”)。 

②若n(CO₂)_起始 =10 mol，曲线Ⅱ的投料比为0.4，在100℃条件下发生反应，达平衡至A点，则A点与起始压强比为_______。 

③A点平衡常数与B点平衡常数间的关系：K_A_______ K_B (填“＞”或“＜”或“＝”)。

（3）利用氨气与空气催化氧化法制取联氨N₂H₄．如图是由“联氨—空气”形成的绿色燃料电池，以石墨为电极的电池工作原理示意图，b电极为_______极（填“正”或“负”），写出该电池工作时a电极的电极反应式_______。

Answer

mol·L－1 ·min－1 AD ＜ 5/7 ＝ 正 N2H4 －4e－= N2 +4H+

【解析】试题分析：本题以NH3和CO (NH2)2 的合成、联氨—空气燃料电池为载体，考查化学反应速率、化学平衡移动、平衡常数、原电池原理等知识，考查考生对图表的分析能力和综合应用能力。

解析：（1）容器中发生的反应为：N2+3H2 2NH3。①容器a中，0~t1时间段达到平衡时生成NH3：n(NH3)= =0.8mol，υ(NH3)= ， υ(H2)= 。答案：。②A、以容器a为参照，则两个容器a连通的体系（标记为容器c，体积为容器a的两倍）放出的热量为36.88kj×2=73.76kJ，容器c起始时N2 2mol、H2 8mol，将容器c的体积压缩至原来的一半即可得到容器b同样的平衡体系，压缩过程中平衡正向移动，所以释放的热量更多，A正确。B、容器c中H2的体积分数与容器a相等，容器c加压时平衡正向移动，则加压得到的与容器b体积相等的平衡体系中H2的体积分数减少，所以B错误。C、反应开始时，体积相等的容器b中H2、N2分别是容器a的两倍，则容器b中N2、H2的浓度也是容器a的两倍，所以容器b开始时反应速率更大，C错误。D、容器c中N2的体积分数与容器a相等，容器c加压时平衡正向移动，则得到的与容器b相同的平衡体系中N2的转化率更大，所以D正确。正确答案AD。

（2）①从图像可以看出，任一投料比（如曲线Ⅰ）时随着温度升高，平衡体系中CO2的转化率减小，所以升高温度，平衡逆向移动，因此正反应为放热反应，a<0。正确答案：<。②曲线Ⅱ投料比为0.4，起始CO2 10mol，所以起始时加入的NH3为10mol/0.4=25mol。达到平衡A点时，反应的CO2为 n(CO2)消耗=10mol×50%=5mol，同时消耗NH3 10mol、生成H2O 5mol，A点气体总量nA=(25-10)mol+(10-5)mol+5mol=25mol，则A点与起始压强比：PA：P起始=25：35=5：7，正确答案：5:7。③从图像可知，A、B两点温度相同，而反应的平衡常数只与温度有关，所以A、B两点的平衡常数相等，正确答案：=。

（3）观察图中的生成产物可知，空气和联氨形成的燃料电池基本反应为N2H4+O2=N2+2H2O，该原电池装置中，O2得到电子在正极参加反应，N2H4失去电子在负极参加反应。所以a电极为该原电池负极，b为正极。由上述分析可得负极反应基本物质关系为N2H4-e-→N2，电池内部质子交换膜能够让H+自由通过，则a极生成H+，b极消耗H+，负极配平过程中应当有H+生成，则电极方程式配平后答案为N2H4-4e-=N2+4H+。正确答案：负极、 N2H4-4e-=N2+4H+。

点睛：由实验装置图分析原电池和电解池时，图中标示出的物质流向可用于判断反应物和产物，流向电池内部的为反应物，从电池中导出的为反应产物。同时，离子交换膜中离子的流动方向可以判断该离子的生成和消耗，箭头起点一端产生该离子，箭头指向末端消耗该离子。