Question

氨的合成为氮肥的生产工业奠定了基础，其原理为：N₂(g)＋3H₂(g) ⇋ 2NH₃(g)

(1)下表列出了相关化学键的键能，已知H₂(g)和N₂(g)完全反应生成1mol NH₃(g)时放出46kJ的热量，则表中a的数值为___________；

化学键	H—H	N—H	N≡N
键能kJ/mol	a	391	946

(2)在合成氨反应中，一段时间后，NH₃的浓度增加了0.9mol/L。用N₂表示其反应速率为0.15 mol·L^-1·s^-1，则所经过的时间为________；

(3)在一个绝热、容积不变的密闭容器中发生此可逆反应。下列各项能说明该反应已经达到平衡状态的是_________。

A．容器内气体密度保持不变     

B．容器内温度不再变化

C．断裂1mol N≡N键的同时，断裂6 mol N—H键

D．反应消耗N₂、H₂与产生NH₃的速率之比1︰3︰2

(4)在一个起始容积为1L的密闭容器内充入1molN₂和3molH₂进行该反应，保持恒温、恒压，当反应达到平衡时，NH₃的体积分数为40 %。则反应达到平衡时，容器的容积为_______L。

(5)以N₂和H₂为反应物、溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，原理如下图所示。b电极为______极，A溶液中所含溶质为_____，a极电极反应方程式为________。

Answer

436 3s B、C 负 NH4Cl N2+8H++6e-=2

【解析】

根据化学反应中旧键断裂吸收能量、新键形成放出能量计算化学键的键能；根据用不同物质表示的速率之比等于方程式的化学计量数之比计算所需时间；根据化学平衡状态的特征判断是否达到平衡状态；用三段式计算平衡后容器的体积；根据电化学原理判断电极以及书写电极反应式。

(1)根据方程式N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，生成1mol NH3(g)需要消耗0.5mol N2(g)和1.5mol H2(g)，断裂化学键吸收能量，形成化学键放出能量，H2(g)和N2(g)完全反应生成1mol NH3(g)时放出46kJ的热量，则有：46kJ=3×391kJ-(0.5×946 kJ +1.5×a kJ)，得a=436；

(2)根据用不同物质表示的速率之比等于方程式的化学计量数之比，可知用氨气表示的反应速率为2×0.15 mol·L-1·s-1=0.3mol·L-1·s-1，NH3的浓度增加了0.9mol/L，所以经过的时间为=3s；

(3) A．该反应没有非气体参加和生成，容器容积又是不变的，所以容器内气体密度一直保持不变，所以容器内气体密度保持不变不能判断反应是否达到平衡；

B．该反应在绝热容器中进行，当容器内温度不再变化时，反应达到了平衡状态；

C．断裂1mol N≡N键的同时，断裂6 mol N—H键，表明正逆反应速率相等，达到了平衡状态；

D．在任何时候，反应消耗N2、H2与产生NH3的速率之比均为方程式的系数比，即1︰3︰2，所以此说法不能判断反应是否达到平衡；

故选BC。

(4)可以用三段式解答，设反应的氮气的物质的量为x：

根据平衡时氨气的体积分数为40%，有40%=，解得x=，则平衡时氮气、氢气、氨气的物质的量分别为mol、mol、mol，共mol。

根据阿伏伽德罗定律，在恒温恒压下，体积和物质的量成正比，所以平衡后容器的体积V==L。

(5) 以N2和H2为反应物、溶有A的稀盐酸为电解质溶液，制成能固氮的新型燃料电池，电池的总反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，反应中氢气失去电子，发生氧化反应，所以b电极为负极。负极反应为3H2-6e-=6H+，正极反应为N2+8H++6e-=2NH4+。所以A中所含溶质为NH4Cl。