问题 计算题

(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-94.4kJ·mol-1。恒容时,体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图示。

①在1L容器中发生反应,前20min内,v(NH3)=         ,放出的热量为        

②25min时采取的措施是                                     

③时段III条件下,反应的平衡常数表达式为                (用具体数据表示)。

(2)电厂烟气脱氮的主反应①:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)   △H<0,副反应②:2NH3(g)+8NO(g)5N2O(g)+3H2O(g) △H>0。平衡混合气中N2与N2O含量与温度的关系如右图。请回答:在400K~600K时,平衡混合气中N2含量随温度的变化规律是                                                          ,导致这种规律的原因是                                                 (任答合理的一条原因)。

(3)直接供氨式燃料电池是以NaOH溶液为电解质的。电池反应为:4NH3+3O2=2N2+6H2O,则负极电极反应式为                                   

答案

(16分)有效数字错误或无单位扣1分

(1)①0.050mol•L-1•min-1    (2分)   47.2kJ   (2分)  

② 将NH3从反应体系中分离出去                  (2分)

③                (3分)

(2)随温度升高,N2的含量降低 (2分)   主反应为放热反应,升温使主反应的平衡左移或者副反应为吸热反应,升温使副反应的平衡右移,降低了NH3和NO浓度,使主反应的平衡左移(2分)

(3)2NH3 + 6OH—6e= N2+ 6H2O  (3分)

题目分析:(1)①读图可知,前20min内氨气的浓度由0逐渐增大到1.0mol/L,根据定义式可得,v(NH3)=1.0mol/L÷20min=0.050mol/(L•min),注意保留两位有效数字;氮气由1.0mol/L逐渐减小到0.50mol/L,根据c•V=n可求参加反应的氮气的物质的量,即(1.0—0.50)mol/L1L=0.50mol,由于N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-94.4kJ·mol-1表示1mol氮气反应放出94.4kJ热量,物质的量减半,则放出的热量减半,则 0.50mol氮气反应放出47.2kJ热量;②读图可知,25min时氨气的浓度由1.0mol/L变为0,说明采取的措施是将平衡体系中的氨气及时分离出去,导致氨气的浓度减小,平衡向正反应方向移动,则氨气、氢气的浓度均减小,氨气的浓度由0逐渐增大;③时段III条件下,生成物、反应物的平衡浓度可由图中得出,则氨气、氮气、氢气的平衡浓度分别为0.50mol/L、0.25mol/L、0.75mol/L,代入合成氨的平衡常数表达式可得,K=(0.50mol/L)2/[( 0.25mol/L)×( 0.75mol/L)3];(2)读图可知,在400K~600K时,平衡混合气中氮气含量随温度的升高而降低,而一氧化二氮的含量则随温度升高而增大;观察热化学方程式可知主反应是放热反应,升高温度,导致主反应的平衡左移,所以氮气含量随温度升高而降低(或者副反应为吸热反应,升温使副反应的平衡右移,降低了NH3和NO浓度,使主反应的平衡左移);(3)观察电池总反应式,发现氮元素由—3价升为0价,失去电子,发生氧化反应,而氧元素由0价将为—2价,得到电子,发生还原反应,说明氨气是负极反应物,氧气是正极反应物;根据电子、电荷、原子守恒原理,可以得到NaOH溶液中负极反应式为2NH3 + 6OH—6e= N2+ 6H2O,正极反应式为O2+2H2O+4e="4" OH

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