Question

對工業(yè)合成氨條件的探索一直是化學工業(yè)的重要課題，現(xiàn)有如下兩種合成氨的途徑：
I．N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-90.0kJ/mol．II.2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol．
（1）根據(jù)上述反應(yīng)，寫出表示H₂燃燒熱的熱化學方程式

 

．
（2）在恒溫恒容的甲容器、恒溫恒壓的乙容器中分別進行合成氨反應(yīng)如下圖（圖中所示數(shù)據(jù)均為初始物理量）．

反應(yīng)均達到平衡時，生成NH₃也均為0.4mol（忽略水對壓強的影響及氨氣的溶解）．
①該條件下甲容器中的K=

 

；平衡時，甲的壓強P_平=

 

（用P₀表示）；
②該條件下，若向乙中繼續(xù)加入0.2mol N₂，達到平衡時N₂轉(zhuǎn)換率=

 

．
（3）最近華南理工大提出利用電解法制H₂O₂并以此處理廢氨水，裝置如下圖．
①為不影響H₂O₂的產(chǎn)量，需要向廢氨水加入適量硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，則所得廢氨水溶液中c（NH₄^+）

 

c（NO₃^-）（填“＞”、“＜”或“=”）；
②Ir-Ru惰性電極有吸附O₂作用，該電極的反應(yīng)為

 

；
③理論上電路中每轉(zhuǎn)移3mol電子，最多可以處理NH₃?H₂O的物質(zhì)的量為

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律求出2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）反應(yīng)方程式的反應(yīng)熱，然后根據(jù)燃燒熱是1mol可燃物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，求出H₂燃燒熱并書寫熱化學方程式；
（2）①平衡常數(shù)指各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，化學平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；根據(jù)“三段式”來進行計算得出結(jié)論；在恒溫恒容的容器中壓強之比等于氣體的物質(zhì)的量比；
②根據(jù)溫度不變化學平衡常數(shù)不變結(jié)合“三段式”計算得出達到平衡時N₂轉(zhuǎn)換率；
（3）①根據(jù)溶液呈電中性，溶液中陽離子所帶的正電荷總數(shù)等于溶液中陰離子所帶的負電荷總數(shù)進行解答；
②在該電解池中，Ir-Ru惰性電極有吸附O₂作用為氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，在酸性條件下生成過氧化氫；
③根據(jù)4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O，每轉(zhuǎn)移12mol電子，處理4mol氨氣，據(jù)此分析解答．

解答：解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-90.0kJ/mol①
2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol②
①×

2

3

-②×

1

3

，得：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=

2

3

×（-90 kJ?mol^-1）-1/3×（+1530 kJ?mol^-1）=-570kJ?mol^-1，燃燒熱是1mol可燃物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，所以H₂的化學計量數(shù)為1，H₂燃燒熱的熱化學方程式為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O△H=-285.0kJ/mol，
故答案為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O△H=-285.0kJ/mol；
（2）①根據(jù)題意：甲容器N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
初始物質(zhì)的量：0.4mol   1.2mol      0
變化物質(zhì)的量：0.2mol    0.6mol      0.4mol
平衡物質(zhì)的量：0.2mol    0.6mol     0.4mol
體積為2L，則C（N₂）=0.1mol/L，C（H₂）=0.3mol/L，C（NH₃）=0.2mol/L，平衡常數(shù)為K=

C2(NH3)

C(N2)×C3(H2)

=

(0.2mol/L)2

0.1mol/L×(0.3mol/L)3

=

400

27

，初始氣體總物質(zhì)的量=0.4mol+1.2mol=1.6mol，平衡時氣體總物質(zhì)的量：0.2mol+0.6mol+0.4mol=1.2mol，在恒溫恒容的容器中壓強之比等于氣體的物質(zhì)的量比；甲的壓強P_平=

1.2

1.6

P₀=

3

4

P₀，
故答案為：

400

27

；

3

4

P₀；
②化學平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，乙為恒溫恒壓，根據(jù)題意：乙容器2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），
                                           初始物質(zhì)的量：1.6mol 6mol       0       0
                                           變化物質(zhì)的量：0.2mol 0.6mol    0.4mol   0.3mol   
                                           平衡物質(zhì)的量：1.4mol 5.4mol   0.4mol    0.3mol
體積為2L，則C（N₂）=0.7mol/L，C（H₂O）=2.7mol/L，C（NH₃）=0.2mol/L，C（O₂）=0.15mol/L，平衡常數(shù)為K=

C3(O2)×C4(NH3)

C2(N2)×C6(H2O)

=

(0.3mol )3×(0.4mol )4

(1.4mol)2×(5.4mol  )6

，若向乙中繼續(xù)加入0.2mol N₂，設(shè)N₂轉(zhuǎn)換率為X，則
            2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），
初始物質(zhì)的量：1.8mol     6mol              0         0
變化物質(zhì)的量：1.8Xmol   5.4Xmol          3.6Xmol   2.7Xmol
平衡物質(zhì)的量：（1.8-1.8X）mol（ 6-5.4X）mol 3.6Xmol 2.7Xmol
溫度不變，平衡常數(shù)不變，則
K=

C3(O2)×C4(NH3)

C2(N2)×C6(H2O)

=

(0.3mol )3×(0.4mol )4

(1.4mol)2×(5.4mol  )6

=

(2.7Xmol)3×(3.6Xmol )4

[(1.8-1.8X)mol]2×[( 6-5.4X)mol ]6

，X=0.125，
故答案為：12.5%；
（3）①向廢氨水加入適量硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，根據(jù)溶液呈電中性，溶液中c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），pH約為5呈酸性，c（H⁺）＞c（OH^-），所以
c（NH₄⁺）＜c（NO₃^-），
故答案為：＜；
②利用電解法制H₂O₂，在該電解池中，Ir-Ru惰性電極有吸附O₂作用為氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，O₂+2H⁺+2e^-═H₂O₂，
故答案為：O₂+2H⁺+2e^-═H₂O₂；
③4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O中，氨氣中的氮元素從-3價變?yōu)榈獨庵械?價，4mol氨氣轉(zhuǎn)移12mol電子，所以轉(zhuǎn)移3mol電子，最多可以處理NH₃?H₂O的物質(zhì)的量為1mol，
故答案為：1mol．

點評：本題考查較綜合，涉及反應(yīng)熱的計算、化學平衡及化學平衡的計算、電極反應(yīng)式的書寫等，掌握平衡常數(shù)的應(yīng)用、根據(jù)溶液的電中性判斷離子濃度大小是解答該題的關(guān)鍵，題目難度中等．