Question

1913年，德国化学家哈伯实现了合成氨的工业化生产，被称作解救世界粮食危机的化学天才．现将lmolN₂和3molH₂投入1L的密闭容器，在一定条件下，利用如下反应模拟哈伯合成氨的工业化生产：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)△H＜0．当改变某一外界条件(温度或压强)时，NH₃的体积分数ψ(NH₃)变化趋势如图所示．

回答下列问题：

（1）已知：①NH₃(l)═NH₃(g)△H₁，②N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(l)△H₂；则反应N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)的△H=_____________(用含△H₁、△H₂的代数式表示)。

（2）合成氨的平衡常数表达式为____________，平衡时，M点NH₃的体积分数为10%，则N₂的转化率为____________(保留两位有效数字)．

（3）X轴上a点的数值比b点____________(填“大”或“小”)。上图中，Y轴表示____________(填“温度”或“压强”)，判断的理由是____________。

（4）若将1mol N₂和3mol H₂分别投入起始容积为1L的密闭容器中，实验条件和平衡时的相关数据如表所示：

容器编号	实验条件	平衡时反应中的能量变化
Ⅰ	恒温恒容	放热Q1kJ
Ⅱ	恒温恒压	放热Q2kJ
Ⅲ	恒容绝热	放热Q3kJ

下列判断正确的是____________

A．放出热量：Q_l＜Q₂＜△H_l

B．N₂的转化率：Ⅰ＞Ⅲ

C．平衡常数：Ⅱ＞Ⅰ

D．达平衡时氨气的体积分数：Ⅰ＞Ⅱ

（5）常温下，向VmL amoI．L^-l的稀硫酸溶液中滴加等体积bmol．L^-l的氨水，恰好使混合溶液呈中性，此时溶液中c(NH₄⁺)____________c(SO₄^2-)(填“＞”、“＜”或“=”)．

（6）利用氨气设计一种环保燃料电池，一极通入氨气，另一极通入空气，电解质是掺杂氧化钇(Y₂O₃)的氧化锆(ZrO₂)晶体，它在熔融状态下能传导O^2-．写出负极的电极反应式____________。

Answer

（1）2△H1+△H2；

（2）；18%；

（3）小；温度；随Y值增大，φ(NH3)减小，平衡N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H＜0向逆反应方向移动，故Y为温度；

（4）AB；

（5）＞；

（6）2NH3+3O2--6e-=N2+3H2O

【解析】

试题分析：（1）已知：①NH3(l)NH3(g)△H1，②N2(g)+3H2(g)2NH3(l)△H2，根据盖斯定律，①×2+②可得：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，故△H=2△H1+△H2，故答案为：2△H1+△H2；

（2）反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数表达式K=，

设转化的氮气为xmol，则：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量(mol):1 3 0

转化量(mol):x 3x 2x

平衡量(mol):1-x 3-3x 2x

所以=10%，解得x=mol，故氮气转化率为×100%=18%，故答案为：；18%；

（3）随Y值增大，φ(NH3)减小，平衡N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H＜0向逆反应方向移动，正反应为体积减小的放热反应，故Y为温度，则X为压强，增大压强平衡正向移动，φ(NH3)增大，a点的数值比b点小，故答案为：小；温度；随Y值增大，φ(NH3)减小，平衡N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H＜0向逆反应方向移动，故Y为温度；

（4）A．I为恒温恒容，随反应进行压强减小，Ⅱ为恒温恒压，Ⅱ等效为在I的基础上增大压强，平衡正向移动，Ⅱ中反应物转化率大于Ⅰ，放出热量：Ql＜Q2，故A正确；B．Ⅲ为恒容绝热，随反应进行温度升高，I为恒温恒容，Ⅲ等效为在I的基础上升高温度，平衡逆向移动，N2的转化率：I＞III，故B正确；C．平衡常数只受温度影响，温度相同，平衡常数相同，则平衡常数：II=I，故C错误；D．Ⅱ等效为在I的基础上增大压强，平衡正向移动，则达平衡时氨气的体积分数：I＜II，故D错误，故答案为：AB；

（5）溶液呈中性，则c(H+)=c(OH-)，根据电荷守恒：c(NH4+)+c(H+)=2c(SO42-)+c(OH-)，则c(NH4+)＞c(SO42-)，故答案为：＞；

（6）原电池负极发生氧化反应，氨气在负极失去电子，与电解质氧化传导的O2-结合生成氮气与水，负极电极反应式为：2NH3+3O2--6e-=N2+3H2O，故答案为：2NH3+3O2--6e-=N2+3H2O。

【考点定位】考查转化率随温度、压强的变化曲线；用盖斯定律进行有关反应热的计算；原电池和电解池的工作原理；化学平衡的计算

【名师点晴】本题考查化学平衡计算与影响因素、反应热计算、离子浓度比较、原电池等知识，题目难度较大，注意熟练掌握盖斯定律在反应热计算中的应用方法，明确化学平衡较强影响因素，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用能力。