Question

【題目】氮及其化合物在工農業生產和生命活動中起著重要的作用，銨鹽、硝酸鹽均是植物生長的“食物”，將氮氣轉化為氮氣是植物獲得“食物”的第一步，在常溫常壓下使N2高效地轉化成為NH3是眾多科學家們一直在探究的問題：
（1）已知：①4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）△H=﹣1025kJmol﹣1②N2（g）+O2（g）2NO（g）△H=+180.5kJmol﹣1
水的汽化熱△H=+44kJmol﹣1
據報道，科學家已找到一種催化劑，使氨氣與液態水在常溫條件下轉化為NH3及氧氣，寫出反應的熱化學方程式；
（2）工業時合成氨的原理為：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=﹣92.4kJmol﹣1 ． 圖1表示H2的轉化率與溫度、壓強之間的關系，圖2表示H2的轉化率與起始投料比[n（N2）/n（H2）]、壓強的變化關系，則T1、T2、T3的大小關系為 ， 曲線與曲線對應的壓強P1P2（填“＞”“＜”“=”）．測得B（X，60）點時N2的轉化率為40%，則X=
（3）一定溫度下，將2molN2和6molH2置于一密閉容器中反應，測得平衡時容器的總壓為aMPa，NH3的物質的量總數為20%，列式計算出此時的平衡常數Kp=（用平衡分壓代替平衡濃度進行計算，分壓=總壓×體積分數，可不化簡）．下列各項中能說明反應已達到平衡狀態的是 ． a．混合氣體的平均相對分子質量不變 b．N2的消耗速率等于NH3的生成速率
c．混合氣體的密度不變 d．N2和H2的物質的量之比保持不變
（4）NH3催化劑生成NO，以NO為原料通過電解的方法可以制備NH4NO3 ， 其總反應是8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ， 試寫出以惰性材料作電極的陰極反應式： ． 電解過程中為使電解產物全部轉化為NH4NO3 ， 需要補充NH3的原因是 ．

Answer 1

【答案】
（1）2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=+1650kJ/mol
（2）1＞T2＞T3；＞；1：2
（3）；a
（4）NO+6H++5e﹣=NH +3H2O；總反應中有HNO3生成，應補充NH3與HNO3反應生成NH4NO3
【解析】解：（1）已知：①4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）△H=﹣1025kJmol﹣1,②N2（g）+O2（g）2NO（g）△H=+180.5kJmol﹣1水的汽化熱△H=+44kJmol﹣1 ， 則可得：③H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJmol﹣1 ， 根據蓋斯定律，②×2+③×6﹣①可得：2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=+1650kJ/mol，所以答案是：2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=+1650kJ/mol；（2）正反應為放熱反應，溫度越高，氫氣的轉化率越低，則T1＞T2＞T3；正反應為氣體物質的量減小的反應，壓強越大，氫氣的轉化率越大，則：P1＞P2；測得B（X，60）點時N2的轉化率為40%，則： N2（g）+3H2（g）2NH3（g）
起始量（mol）：a b
變化量（mol）：0.4a1.2a
根據氫氣的轉化率可得 =60%，即b=2a，則X= = =1：2，
所以答案是：T1＞T2＞T3；1：2；（3）一定溫度下，將2molN2和6molH2置于一密閉容器中反應，二者氨氣1：3反應，故平衡時二者物質的量分數之比為1：3，平衡時NH3的物質的量分數為20%，則N2的物質的量分數為 ×（1﹣20%）=20%，H2的物質的量分數為1﹣20%﹣20%=60%，平衡時容器總壓為aMPa，則Kp= = ；a．混合氣體總質量不變，隨反應進行混合氣體總物質的量減小，則平均相對分子質量減小，混合氣體的平均相對分子質量不變，說明反應到達平衡，故a正確；b．平衡時NH3的生成速率等于N2的消耗速率的2倍，故b錯誤；c．混合氣體總質量不變、容器的容積不變，密度始終不變，故c錯誤；d．N2和H2的起始物質的量之比等于化學計量數之比，二者物質的量之比始終為1：3，故d錯誤，所以答案是： ；a；（4）NH3催化劑生成NO，以NO為原料通過電解的方法可以制備NH4NO3 ， 其總反應是：8NO+7H2O=3NH4NO3+2HNO3 ， 陰極發生還原反應，陰極上是NO獲得電子生成NH4+ ， 由電荷守恒可知有H+參與反應，還生成水，電極反應式為：NO+6H++5e﹣=NH4++3H2O，電池總反應中有HNO3生成，應補充NH3與HNO3反應生成NH4NO3 ， 所以答案是：NO+6H++5e﹣=NH4++3H2O；總反應中有HNO3生成，應補充NH3與HNO3反應生成NH4NO3 ．
【考點精析】關于本題考查的化學平衡狀態本質及特征和化學平衡的計算，需要了解化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）；反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%才能得出正確答案．