问题 问答题

利用N2和H2可以实现NH3的工业合成,而氨又可以进一步制备硝酸,在工业上一般可进行连续生产.请回答下列问题:

(1)已知:N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180.5kJ•mol-1

N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1

2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6kJ•mol-1

若有17g氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气所放出的热量为______;

(2)某科研小组研究在其他条件不变的情况下,改变起始物氢气的物质的量对N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)反应的影响,实验结果如图2所示:(图中T表示温度,n表示物质的量)

①图象中T1和T2的关系是:T1______T2(填“>”、“<”、“=”或“无法确定”)

②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是______(填字母标号),

③在起始体系中加入N2的物质的量为______mol时,反应后氨的百分含量最大.若容器容积为1L,n=3mol反应达到平衡时H2的转化率为60%,则此条件下(T2),反应的平衡常数K=______;

(3)N2O3是一种新型硝化剂,其性质和制备受到人们的关注.

①一定温度下,在恒容密闭容器中N2O3可发生下列反应:2N2O3⇌4NO2(g)+O2△H>0下表为反应在某温度下的部分实验数据则50s内NO2的平均生成速率为______

V/s050100
c(N2O3)/mol•L-15.003.522.48
②现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成的燃料电池,采用电解法制备N2O3,装置如图1所示,其中Y为CO2.写出石墨I电极上发生反应的电极反应式______

答案

(1)17g氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气的焓变=

1
4
(180.5kJ•mol-1×2+92.4kJ•mol-1×2-483.6×3)=226.3 kJ•mol-1,故答案为:226.3 kJ;   

(2)①反应为放热反应,温度升高化学平衡向着吸热方向进行,从T1到T2反应物氮气的量增加,故T1<T2,故答案为:<;

 ②b点代表平衡状态,c点又加入了氢气,故平衡向右移动,氮气的转化率增大,故答案为:c;

 ③当氮气和氢气的物质的量之比为1:3达平衡状态时,氨的百分含量最大,平衡点时产物的产率最大,据图示,当平衡时氢气的物质的量为n,故加入N2的物质的量为

n
3
,当n=3mol反应达到平衡时,H2的转化率为60%,故起始氮气浓度为1mol/l,变化的氢气浓度为1.8mol/l,变化的氮气浓度为0.6mol/l,平衡时氮气、氢气、氨气的浓度分别是0.4mol/l、1.2mol/l、1.2mol/l,据k=
[NH3]2
[H2]3•[N2]
=
1.22
1.23•0.4
=2.08 (mol•L-1-2,故答案为:
n
3
; 2.08(mol•L-1-2

(3)①50s内N2O3的浓度变化量为1.48mol•L-1,故NO2的浓度变化量为2.96mol•L-1,据v=

△c
△t
=
2.96mol/l
50s
=0.0592mol•L-1•s-1,故答案为:0.0592mol•L-1•s-1;  

②氢氧燃料电池中,氢气做负极,发生失电子成为氢离子的反应,在熔融盐Na2CO3的作用下,电极反应为:H2+CO32-═CO2+H2O+2e-,故答案为:H2+CO32-═CO2+H2O+2e-

单项选择题
多项选择题