Question

氨是一種重要的化工產品，是氮肥工業(yè)、有機合成工業(yè)以及制造硝酸、銨鹽和純堿等的原料．
（1）以氨為燃料可以設計制造氨燃料電池，因產物無污染，在很多領域得到廣泛應用．若電極材料均為惰性電極，KOH溶液作電解質溶液，則該電池負極電極反應式為

 

．
（2）在一定溫度下，在固定體積的密閉容器中進行可逆反應：N₂+3H₂ ?2NH₃．該可逆反應達到平衡的標志是

 

．
A．3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆
B．單位時間生成m mol N₂的同時消耗3m mol H₂
C．容器內的總壓強不再隨時間而變化
D．混合氣體的密度不再隨時間變化
E．a molN≡N鍵斷裂的同時，有6amolN-H鍵斷裂
F．N₂、H₂、NH₃的分子數之比為1：3：2
（3）某化學研究性學習小組模擬工業(yè)合成氨的反應．在容積固定為2L的密閉容器內充入1molN₂和3molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計）后在一定溫度壓強下開始反應，并用壓力計監(jiān)測容器內壓強的變化如下：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25	30
壓強/MPa	16.80	14.78	13.86	13.27	12.85	12.60	12.60

則從反應開始到25min時，以N₂表示的平均反應速率=

 

；該溫度下平衡常數K=

 

；
（4）以CO₂與NH₃為原料合成尿素[化學式為CO（NH₂）₂]的主要反應如下，已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂ NH₄（s）△H=-l59.5kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ?mol^-1
③H₂O（1）═H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
寫出CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學反應方程式

 

；
對于上述反應②在密閉容器中將過量NH₂CO₂NH₄固體于300K下分解，平衡時P[H₂O（g）]為aPa，若反應溫度不變，將體系的體積增加50%，則P[H₂O（g）]的取值范圍是

 

（用含a的式子表示）．（分壓=總壓×物質的量分數）

Answer 1

考點：用化學平衡常數進行計算,熱化學方程式,化學電源新型電池,反應速率的定量表示方法,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）堿性燃料電池中，負極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應；
（2）當可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的質量、百分含量及濃度不變；
（3）同一溫度下，容器中氣體壓強與總的物質的量成正比，根據壓強計算平衡時混合氣體的物質的量，再根據v=

△C

△t

計算氮氣的平均反應速率；根據平衡時各物質的濃度計算其平衡常數；
（4）根據蓋斯定律書寫其熱化學反應方程式；增大體積，相當于減小壓強，可逆反應向氣體體積增大的方向移動，根據平衡常數不變進行計算．

解答： 解：（1）堿性燃料電池中，負極上燃燒失電子發(fā)生氧化反應，所以該原電池中負極上氨氣失電子和氫氧根離子反應生成氮氣和水，電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（2）A．2v（H₂）_正=3v（NH₃）_逆時，該反應達到平衡狀態(tài)，所以3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆時該反應沒有達到平衡狀態(tài)，故錯誤；
B．單位時間生成m mol N₂的同時消耗3m mol H₂，正逆反應速率相等，所以該反應達到平衡狀態(tài)，故正確；C．容器內的總壓強不再隨時間而變化，反應體系中各物質的濃度不變，所以達到平衡狀態(tài)，故正確；
D．無論該反應是否達到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度不隨時間變化，所以密度不能作為判斷依據，故錯誤；
E．a molN≡N鍵斷裂的同時，有6amolN-H鍵斷裂，正逆反應速率相等，所以該反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
F．N₂、H₂、NH₃的分子數之比為1：3：2時該反應不一定達到平衡狀態(tài)，與反應物的初始濃度及轉化率有關，故錯誤；
故選BCE；
（3）同一溫度下，容器中氣體壓強與總的物質的量成正比，設平衡狀態(tài)時混合氣體的物質的量為x，
16.80：12.60=（1+3）mol：x，x=

4mol×12.60

16.80

=3，所以平衡時混合氣體的物質的量為3mol，
設參加反應的氮氣的物質的量為y，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）物質的量減少
1mol                        2mol
y                         （4-3）mol
1mol：2mol=y：（4-3）mol，
y=

1mol×(4-3)mol

2mol

=0.5mol，
則從反應開始到25min時，以N₂表示的平均反應速率=

0.5mol 2L

25min

=0.01mol/（L．min），
平衡時，c（N₂）=

0.5mol

2L

=0.25mol/L、c（H₂）=

3mol-3×0.5mol

2L

=0.75mol/L、c（NH₃）=

0.5mol×2

2L

=0.5mol/L，化學平衡常數K=

0.5×0.5

0.25×(0.75)3

（ mol/L）^-2=2.37（ mol/L）^-2，
故答案為：0.01 mol/（L．min）；2.37（ mol/L）^-2；
（4）①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.5kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ?mol^-1
③H₂O（1）═H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
將方程式①+②-③得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ?mol^-1，
增大容器容積時，假設平衡不移動，壓強與體積成反比，所以其壓強為原來的

2

3

，實際上增大容器體積，壓強減小，平衡向正反應方向移動，溫度不變，平衡常數不變，最終水蒸氣濃度不變，所以壓強為aPa，即P[H₂O（g）]的取值范圍是

2

3

a＜P[H₂O（g）]≤a，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0 kJ?mol^-1；

2

3

a＜P[H₂O（g）]≤a．

點評：本題考查較綜合，涉及化學平衡計算、平衡判斷、原電池原理等知識點，側重考查知識運用能力，化學平衡判斷時只有“反應前后改變的物理量”才能作為判斷依據，難點是（4）題，注意反應方程式②的特點，題目難度中等．