Question

为研究哈伯法合成氨反应，T℃时，在容积为2 L恒容容器中通入4 mol N₂和12mol H₂，反应如下： N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)  △H=-92.0kJ•mol^-1，相关键能数据如下：

	N≡N	H-H	N-H
键能数据( kJ/mol)	946	436	X

若25min时反应达到平衡，各物质浓度随时间变化曲线如下图中甲、乙、丙。回答下列问题：

(1)0-25min内，反应的平均速率v(H₂)为_________；表中X=_________________。

(2)T℃时，该反应的平衡常数K=_____________ （用最简分数表达）。

(3)T℃时，若起始充入8mol N₂和24 mol H₂，则反应刚达到平衡时，表示c( H₂)在右图中相应的点为_____（填字母）。

(4)以煤为主要原料的合成氨工业中，原料气氢气常用下述方法获得：

①C(s) +H₂O(g)CO(g) +H₂(g)  △H₁

②CO(g) +H₂O(g)CO₂(g) +H₂(g)  △H₂

若已知CO和H₂的燃烧热分别为283 kJ·mol^-l和285.8kJ·mol^-l；H₂O( g) =H₂O(1)    △H =-44kJ·mol^-l  则△H₂=_______________。

(5)氨气是生产硝酸的重要原料，其过程如下：

写出步骤I的化学方程式：_________________。

(6)下图是科学家提出的利用电解法常温常压下由氮气、氢气合成氨的示意图：

由图可知，钯电极B是电解池的________（填“阴极”或“阳极”）；钯电极A上的电极反应式为________。

Answer

0.12 moI/(L·min) 391 B -41.2 kJ·mol-1 4NH3 +5O24NO +6H2O 阳极 N2+6e-+6H+=2NH3

【解析】(1) 在容积为2 L恒容容器中通入4 mol N2和12mol H2，根据图像，0-25min内，氢气的浓度变成3mol/L，反应的平均速率v(H2)= == 0.12 moI/(L·min)； △H=-92.0KJ•mol-1=946+436×2-6X，解得X=391 KJ•mol-1，故答案为：0.12 moI/(L·min)；391；

(2)T℃时，平衡时c(N2)=1mol/L，c(H2)=3mol/L，c(NH3)=2mol/L，该反应的平衡常数K= = =，故答案为： ；

(3)T℃时，若起始充入8mol N2和24 mol H2，相当于增大压强，若平衡不移动，氢气的浓度为原来的2倍为6mol.L，而增大压强，平衡正向移动，c( H2)减小，反应速率加快，建立平衡需要的时间缩短，故选B；

（4）已知：①CO（g）+O2（g）═CO2（g）△H=-283.0kJ/mol；②H2（g）+O2（g）═H2O（l）△H=-285.8kJ/mol；③H2O( g) =H2O(1) △H =kJ·mol-l，由盖斯定律可知，①-②+③可得CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-283.0kJ/mol-（-285.8）+（-44 kJ/mol）=-41.2kJ/mol，故答案为： -41.2kJ/mol；

(5)步骤I中氨气被氧化为NO ，反应的化学方程式为4NH3 +5O24NO +6H2O，故答案为：4NH3 +5O24NO +6H2O；

(6)由图可知，钯电极A上氮气反应生成了氨气，发生了还原反应，是阴极，则是钯电极B是电解池的阳极；钯电极A上的电极反应式为N2+6e-+6H+=2NH3，故答案为：阳极；N2+6e-+6H+=2NH3。