Question

在氮及其化合物的化工生产中，对有关反应的反应原理进行研究有着重要意义。

(1)t℃时，关于N₂、NH₃的两个反应的信息如下表所示：

化学反应	正反应活化能	逆反应活化能	t℃时平衡常数
N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)  △H>0	a kJ/mol	b kJ/mol	K1
4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) △H<0	c kJ/mol	d kJ/mol	K2

请写出t℃时氨气被一氧化氮氧化生成无毒气体的热化学方程式：______________________，t℃时该反应的平衡常数为__________ (用K₁和K₂表示)。

(2)工业合成氨的原理为：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)下图甲表示在一定体积的密闭容器中反应时，H₂的物质的量浓度随时间的变化。图乙表示在其他条件不变的情况下，起始投料H₂与N₂的物质的量之比(设为x)与平衡时NH₃的物质的量分数的关系。

①图甲中0～t₁ min内，v(N₂)＝_____mol·L^－1·min^－1；b点的v(H₂)_正_____a点的v(H₂)_逆(填“大于”“小于”或“等于”)。

②己知某温度下该反应达平衡时各物质均为1 mol，容器体积为1L，保持温度和压强不变，又充入3 mol N₂后，平衡________(填“向右移动”“向左移动”或“不移动”)。

(3)①科学家研究出以尿素为动力的燃料电池新技术。用这种电池可直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电。尿素燃料电池结构如图所示，写出负极电极反应式：________________________________________________。

②理论上电池工作时，每消耗标准状况下2.24 L O₂时，可产生的电量为________ (法拉第常数为96500C/ mol)。

Answer

4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g) △H=(c-d-5a+5b) kJ/mol K= mol/(L•min) 大于 不移动 CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+ 38600c

【解析】

(1)已知△H=正反应活化能-逆反应活化能，则①N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H=(a-b)kJ/mol >0，②4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) △H=(c-d)kJ/mol <0，由盖斯定律知：②-①×5得4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g)，据此计算反应△H并写出该反应的平衡常数；

(2) ①图甲中0～t1 min内，H2的变化浓度为0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，由N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知N2的变化浓度为0.3mol/L×=0.1mol/L，再根据v(N2)＝计算；根据浓度越大，反应速率越快判断b点与a点的速率大小；

②己知某温度下该反应达平衡时各物质均为1 mol，容器体积为1L，则平衡常数K===1，保持温度和压强不变，又充入3 mol N2，此时容器的体积变为2L，则N2、H2和NH3的浓度瞬间变为2mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，根据Qc=判断平衡移动的方向；

(3)①由尿素燃料电池的结构可知，正极上氧气得到电子生成水，负极上尿素失去电子生成氮气和二氧化碳；

②标准状况下2.24 L O2的物质的量为=0.1mol，转移电子的物质的量为0.4mol，再计算产生的电量。

(1) 已知△H=正反应活化能-逆反应活化能，则①N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H=(a-b)kJ/mol >0，②4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) △H=(c-d)kJ/mol <0，由盖斯定律知：②-①×5得4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g)，即△H=(c-d)kJ/mol -[(a-b)]kJ/mol×5=(c-d-5a+5b) kJ/mol，则t℃时氨气被一氧化氮氧化生成无毒气体的热化学方程式为4NH3(g)＋6NO(g)= N2(g) ＋6H2O(g) △H=(c-d-5a+5b) kJ/mol，t℃时此反应的平衡常数为K=；

(2)①图甲中0～t1 min内，H2的变化浓度为0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，由N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知N2的变化浓度为0.3mol/L×=0.1mol/L，则v(N2)＝==mol/(L•min)；根据浓度越大，反应速率越快可知b点的v(H2)正大于a点的v(H2)逆；

②己知某温度下该反应达平衡时各物质均为1 mol，容器体积为1L，则平衡常数K===1，保持温度和压强不变，又充入3 mol N2，此时容器的体积变为2L，则N2、H2和NH3的浓度瞬间变为2mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，根据Qc===1=K，则此时平衡不移动；

(3)①由尿素燃料电池的结构可知，负极上尿素失去电子生成氮气和二氧化碳，负极反应为CO(NH2)2+H2O-6e-=CO2+N2+6H+；

②标准状况下2.24 L O2的物质的量为=0.1mol，转移电子的物质的量为0.4mol，则可产生的电量为96500C/ mol×0.4mol=38600c。