Question

氮元素的单质及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。

(1)已知：反应i：N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)    △H＝－92.4kJ/mol

反应ii：2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)    △H＝－483.6kJ/mol

则氨气完全燃烧生成氮气和水蒸气的热化学方程式_____。

(2)已知反应i断开1mol化学键所需的能量见下表：

	N≡N	H—H	N—H
键能/kJ·mol^－^1	945	436	？

则断开1molN－H键所需的能量是_______kJ

(3)如图表示反应i在500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH₃体积分数的关系。根据图中M点数据计算N₂的平衡体积分数______；该反应的化学平衡常数K的表达式______。

(4)如图是合成氨反应平衡混合气中NH₃的体积分数随温度或压强变化的曲线，图中L(L₁、L₂)、X分别代表温度或压强。其中X代表的是______(填“温度”或“压强”)；判断L₁、L₂的大小关系并说明理由_______。

(5)电化学气敏传感器可用于检测环境中NH₃的含量，其工作原理如图所示：

①反应消耗NH₃和O₂的物质的量之比为____。

②a极的电极反应式为______。

Answer

4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g) △H=－1266kJ/mol 390.9 8% 压强 L1＜L2合成氨的反应是放热反应，压强相同时，温度升高，平衡逆向移动，氨的体积分数减小 4:3 2NH3–6e－+6OH－=N2+6H2O

【解析】

根据盖斯定律，反应热计算式回答问题，相同条件下，气体体积比等于气体物质的量之比，通过三段式计算平衡体积分数；根据原电池原理判断正负极，负极发生氧化反应。

(1)根据盖斯定律，氨气完全燃烧生成氮气和水蒸气的热化学方程式4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)△H=92.4×2kJ/mol－483.6×3kJ/mol=－1266kJ/mol。

(2)根据△H=反应物键能-生成物键能可知，断开1molN－H键所需的能量是kJ。

(3)根据图中M点数据，此时氮气和氢气的投料比为1：4，氨气的平衡体积分数为40%，设反应前氮气加入了1mol，氢气加入了4mol，平衡时反应消耗了氮气xmol，根据反应N2+3H2⇌2NH3列三段式：

平衡时氨气的体积分数为，x=，即N2的平衡体积分数；该反应的化学平衡常数K的表达式为。

(4)合成氨反应为放热反应，反应正方向气体体积减小，故保持L不变，观察其中一条曲线，随着X增大，氨气的体积分数增大，说明反应正向移动，根据勒夏特列原理，X为压强，L为温度；L1＜L2，合成氨的反应是放热反应，压强相同时，温度升高，平衡逆向移动，氨的体积分数减小。

(5)根据图像，氨气反应生成氮气，氮化合价升高，发生氧化反应，为负极；氧气所处b电极发生还原反应，为正极。

①反应总方程为4NH3+3O2=2N2+6H2O，反应消耗NH3和O2的物质的量之比为4：3。

②a极为负极，发生氧化反应，电极反应式为2NH3–6e－+6OH－=N2+6H2O。