Question

氨的合成对社会发展与进步有巨大贡献。

(1)某温度下，在容积均为2L的两个密闭容器中分别发生反应。N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g) △H=-92.0kJ/mol。相关数据如下:

容器	甲	乙
反应物投入量	1molN2(g)和3molH2(g)	2molNH3(g)
平衡时c(NH3)	c1	c2
平衡时能量变化	放出18.4kJ	吸收akJ

①下列情况能说明该反应一定达到中平衡状态的是_____(填字母)。

A.3v(N₂)_正=v(H₂)_逆                    B.N₂、H₂的浓度之比不再随时间改变

C.容器内混合气体的密度保持不变      D.容器内混合气体的平均相对分子质量不变

②其他条件不变，达到平衡后，下列不能提高H₂转化率的操作是_____ (填字母)。

A.升高温度     B.充入更多的H₂     C.移除NH₃     D.压缩容器体积

③c₁__c₂(填“>”“<”或“=”)。

(2)合成氨也可以采用电化学法，其原理如右图所示。则阴极的电极反应式是_________。

(3)已知:氨在某催化剂催化氧化过程中主要有以下两个竞争反应:

反应I:4NH₃(g)+5O₂(g)4NO(g)+6H₂O(g)  △H=-906kJ/mol

反应II:4NH₃(g)+3O₂(g)2N₂(g)+6H₂O(g)   △H=-1267kJ/mol

①该条件下，N₂(g)+O₂(g)2NO(g) △H=_____kJ/mol

②为分析催化剂对反应的选择性，在1L密闭容器中充入1molNH₃和2molO₂，在一定时间内测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示。

该催化剂在较低温度时主要选择___填“反应I”或“反应II”)。当温度高于840℃时，反应I中NO的物质的量减少的原因是________。520℃时，反应I的平衡常数K=____(只列算式不计算)。

Answer

AD AB = N2+6e-+6H+=2NH3 +180.5 反应Ⅱ 反应Ⅰ为放热反应，在840℃时，反应达到平衡状态，继续升高温度，平衡逆向移动，从而使NO物质的量减少 mol/L

【解析】

(1)①化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断，得出正确结论；

②N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，两种物质组成改变一种会增大另一种物质转化率，本身转化率减小，平衡正向进行，氢气转化率增大；

③应用恒温恒容条件下的等效平衡知识来解决；甲、乙是等效平衡，则甲和乙建立的平衡相同，氨气的浓度相同；据此分析。

(2)阴极发生还原反应，氮气在阴极上放电，与氢离子结合生成氨气。

(3) ①根据盖斯定律计算反应热；

②从图可知，在较低温度时，产物主要是N2,所以该催化剂在较低温度时主要选择反应II；反应Ⅰ为放热反应，在840℃时，反应达到平衡状态，继续升高温度，平衡逆向移动，从而使NO物质的量减少；

520℃时，各物质的平衡浓度c(N2)=c(NO)=0.2mol/L，根据N原子守恒，C(NH3)=(1-0.2-0.2×2)mol/L=0.4mol/L，C(H2O)=1.5(0.2+0.4)mol/L=0.9mol/L，c(O2)=(2-0.1-0.45)mol/L=1.45mol/L，以此计算平衡常数。

(1)①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)， 

A.反应速率之比等于化学方程式计量数之比为正反应速率之比，3v(N2)正=v(H2)逆 说明正反应等于逆反应速率，反应达到平衡状态，故A正确； 

B. N2、H2的浓度之比始终不变，不随反应而改变，不能说明反应达到平衡状态，故B错误； 

C.反应前后气体质量不变，体积不变，气体密度始终不变，气体的密度不再随时间改变，故C错误；

D.气体质量不变，气体物质的量减小，气体的平均相对分子质量不再随时间改变，说明反应达到平衡状态，故D正确；

因此，本题正确答案是: AD； 

②A.反应为放热反应，升高温度，平衡逆向进行，氢气转化率减小，故A符合；

b.充入更多的H2会提高N2的转化率，氢气转化率减小，故B符合；

c.移除NH3平衡正向进行，氢气转化率增大，故C不符合；

d. 压缩容器体积，压强增大，平衡正向进行，氢气转化率增大，故D不符合；

因此，本题正确答案是: AB； 

③应用恒温恒容条件下的乙的投料量极端转化为甲相当于投1molN2(g)和3molH2(g)，所以两者是等效平衡，所以c1=c2。

因此，本题正确答案是：=；

（2）阴极发生还原反应，氮气在阴极上放电，与氢离子结合生成氨气，电极反应式为N2+6e-+6H+=2NH3；

因此，本题正确答案是：N2+6e-+6H+=2NH3；

（3）①（反应II-反应I）/2得N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180.5kJ/mol

②从图可知，在较低温度时，产物主要是N2,所以该催化剂在较低温度时主要选择反应II；反应Ⅰ为放热反应，在840℃时，反应达到平衡状态，继续升高温度，平衡逆向移动，从而使NO物质的量减少；

520℃时，各物质的平衡浓度c(N2)=c(NO)=0.2mol/L，根据N原子守恒，C(NH3)=(1-0.2-0.2×2)mol/L=0.4mol/L，C(H2O)=1.5(0.2+0.4)mol/L=0.9mol/L，c(O2)=(2-0.1-0.45)mol/L=1.45mol/L，

反应I的平衡常数K==mol/L。