Question

【題目】1905年哈珀開發實現了以氮氣和氫氣為原料合成氨氣，生產的氨制造氮肥服務于農業，養活了地球三分之一的人口，哈珀也因此獲得了1918年的諾貝爾化學獎。

(1)工業合成氨的反應如下：N2+3H22NH3。已知斷裂1 mol N2中的共價鍵吸收的能量為946 kJ，斷裂1 mol H2中的共價鍵吸收的能量為436 kJ，形成1 mol N-H鍵放出的能量為391 kJ，則由N2和H2生成2 mol NH3 的能量變化為__________kJ。 下圖能正確表示該反應中能量變化的是__________(填“A”或“B”)。

(2)反應2NH3(g)N2(g)+3H2(g)在三種不同條件下進行，N2、H2的起始濃度為 0，反應物NH3的濃度(mol/L)隨時間(min)的變化情況如下表所示。

實驗序號		0	10	20	30	40	50	60
①	400℃	1.0	0.80	0.67	0.57	0.50	0.50	0.50
②	400℃	1.0	0.60	0.50	0.50	0.50	0.50	0.50
③	500℃	1.0	0.40	0.25	0.20	0.20	0.20	0.20

根據上述數據回答：實驗①②中，有一個實驗使用了催化劑，它是實驗_____(填序號)；實驗①③對比說明了_________________________________。在恒溫恒容條件下，判斷該反應達到化學平衡狀態的標志是_________(填序號)。

a. NH3的正反應速率等于逆反應速率 b.混合氣體的密度不變

c.混合氣體的壓強不變 d.c(NH3)=c(H2)

(3)近日美國猶他大學 Minteer教授成功構筑了H2—N2生物燃料電池。該電池類似燃料電池原理，以氮氣和氫氣為原料、氫化酶和固氮酶為兩極催化劑、質子交換膜(能夠傳遞H+)為隔膜，在室溫條件下即實現了氨的合成同時還能提供電能。則A電極為_____極(填“正”、“負”)，該電池放電時溶液中的H+向______極移動(填“A”、“B”)。

Answer 1

【答案】92 A ② 升高溫度，反應速率加快，反應進行程度加大 ac 負 B

【解析】

(1)反應熱等于斷裂反應物化學鍵吸收總能量與形成生成物化學鍵釋放的總能量的差；放熱反應中反應物的能量比生成物的高；吸熱反應中反應物的能量比生成物的低，據此判斷；

(2)根據催化劑可加快反應速率分析判斷；根據實驗①③不同點分析判斷二者的區別，并判斷該反應條件的影響；反應達到平衡時，任何物質的濃度不變、質量不變，物質的含量不變，據此判斷平衡狀態；

(3)根據原電池反應中，負極失去電子，發生氧化反應；正極得到電子發生還原反應，結合反應中反應中元素化合價變化分析判斷，陽離子向負電荷較多的電極移動。

(1)該反應的反應熱△H=946 kJ/mol+3×436 kJ-6×391 kJ/mol=-92 kJ/mol，所以由N2和H2生成2 mol NH3的能量放出92 kJ的熱量；該反應發生放出熱量，說明反應物的總能量比生成物的總能量高，因此能正確表示該反應中能量變化的圖示是A；

(2)實驗①②的反應溫度相同，反應開始時各種物質的濃度也相同，若其中一個使用的催化劑，由于催化劑能夠加快反應速率，縮短達到平衡所需要的時間，因此可以在較短時間內達到平衡，根據表格數據可知實驗②反應速率快，則該實驗②中使用了催化劑；

實驗①③反應開始時只有溫度不同，其它外界條件都相同，說明改變的條件是溫度。在其它條件不變時，升高溫度，反應速率加快，先達到平衡，升高溫度，達到平衡時NH3的濃度更低，說明升高溫度，有更多NH3分解產生N2、H2，化學反應進行的程度更大；

a．NH3的正反應速率等于逆反應速率，則NH3的濃度不變，反應處于平衡狀態，a正確；

b．反應混合物都是氣體，氣體的質量始終不變，且反應在恒容密閉容器中進行，氣體的體積也不變，因此混合氣體的密度始終不變，不能據此判斷反應是否處于平衡狀態，b錯誤；

c．該反應是反應前后氣體體積改變的反應，若混合氣體的壓強不變，說明各種物質的物質的量不變，反應達到平衡狀態，c正確；

d．c(NH3)=c(H2)時反應可能處于平衡狀態，也可能未達到平衡，這與反應條件及開始時加入物質的多少有關，不能據此判斷反應是否處于平衡狀態，d錯誤；

故合理選項是ac；

(3)在反應N2+3H22NH3中，N2得到電子，發生還原反應；H2失去電子發生氧化反應。根據圖示可知：A電極通入H2，失去電子發生氧化反應產生H+，所以A電極為負極，N2在B電極得到電子，被還原產生NH3，所以B電極為正極。電子由負極經外電路流向正極，正極上負電荷較多，則該電池放電時溶液中的H+向負電荷較多的正極B移動，即H+由A電極區向B電極區域移動。