氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活

问题问答题

氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用．请回答下列问题：

（1）用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：

CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1

CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂

若1mol CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为867kJ，则△H₂=______；

（2）工业合成氨气需要的反应条件非常高且产量低，而一些科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺ ）实现氨的电化学合成，从而大大提高了氮气和氢气的转化率．电化学合成氨过程的总反应式为：N₂+3H₂

通电

一定条件

2NH₃，则在电化学合成氨的过程中，阴极反应式为______；

（3）在一定条件下，将l mol N₂与3mol H₂混合于一个10L密闭容器中，反应达到平衡时，A点混合气体中氨占25%，

试回答：①N₂的转化率为______；

②右图中在状态A时，平衡常数 K_A______（填写代入数值的表达式，不要求算出具体数值）；当温度由T₁变化到T₂时，K_A______ K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．

③在容积固定的密闭容器中发生上述反应，各物质的浓度如下表：

时间/min 浓度/mol．L	c （N₂）	c （H₂）	c （NH₃）
0	0.6	1.8	0
3	0.52	x	0.16
6	0.36	1.08	0.48
9	0.36	1.08	0.48

反应从0min到3min之间，H₂的反应速率为______；反应在3min时，条件发生了改变，改变的条件可能是______ （填序号）．

a．使用催化剂 b．降低温度 c．增加H₂的浓度．

答案

（1）CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1 ①

CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂ ②

根据盖斯定律得：2CH₄（g）+4NO₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）+2N₂（g）△H₁+△H₂

而 1mol CH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为867kJ，所以△H₁+△H₂=-1734kJ•mol^-1，则△H₂=-1734kJ•mol^-1+574kJ•mol^-1=-1160 kJ•mol^-1，故答案为：-1160kJ•mol^-1；

（2）阴极得电子发生还原反应：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，故答案为：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃

（3）①N₂+3H₂

通电

一定条件

2NH₃

起始（mol） 1 3 0

反应（mol） a 3a 2a

平衡（mol） 1-a 3-3a 2a

因混合气体中氨占25%，则

(1-a)+(3-3a)+ 2a

×100%=25%，解得：a=0.4，

N₂的转化率为

0.4

×100%=40%，故N₂的转化率为40%；

②平衡常数 K_A=

C2(NH3)

C(N2 )C3(H2)

0.082

0.06×0.183

，故答案为：

0.082

0.06×0.183

；升高温度平衡向吸热的方向移动，即逆反应方向移动，平衡常数减小，故答案为：＞；

③N₂的反应速率为V=

△C

△t

0.08

mol•L^-1•min^-1_，而V（H₂）=3V（N₂）=0.08 mol•L^-1•min^-1，

故答案为：0.08 mol•L^-1•min^-1；

③根据表可知第2min是平衡建立过程，反应速率加快，H₂的量没有增加，根据外界条件对化学反应速率的影响，可知使用催化剂、升高温度均可，增加H₂的浓度是不可，故选：a；