Question

15．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用，氨是最重要的氮肥，是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一．其工業(yè)合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．在密閉容器中，使2mol N₂和6mol H₂混合發(fā)生以上反應．
（1）當反應達到平衡時，N₂和H₂的濃度比是1：3，N₂和H₂的轉(zhuǎn)化率比是1：1．
（2）升高平衡體系的溫度（保持體積不變），混合氣體的平均相對分子質(zhì)量變�。ㄌ睢白兇蟆薄白冃　被颉安蛔儭保�．
（3）當達到平衡時，充入氬氣并保持壓強不變，平衡將逆向（填“正向”“逆向”或“不”）移動．
（4）若容器恒容、絕熱，加熱使容器內(nèi)溫度迅速升至原來的2倍，平衡將向左移動（填“向左移動”“向右移動”或“不移動”）．達到新平衡后，容器內(nèi)溫度小于（填“大于”“小于”或“等于”）原來的2倍．
（5）如圖表示工業(yè)500℃、60.0MPa條件下合成氨，原料氣投料比與平衡時NH₃體積分數(shù)的關(guān)系．根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N₂的平衡體積分數(shù)：14.5%．
（6）在25℃下，將a mol•L^-1的氨水與0.01mol•L^-1的鹽酸等體積混合，反應平衡時溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）；用含a的代數(shù)式表示NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{10-9}{a-0.01}$．

Answer 1

分析 （1）N₂、H₂起始物質(zhì)的量之比等于化學計量數(shù)之比，則平衡時N₂、H₂物質(zhì)的量濃度之比等于化學計量數(shù)之比，轉(zhuǎn)化率相等；
（2）該反應的正反應是放熱反應，升高平衡體系的溫度，平衡逆向移動，則混合氣體物質(zhì)的量增大，混合氣體質(zhì)量不變，根據(jù)M=$\frac{m}{n}$判斷其相對分子質(zhì)量變化；
（3）當達到平衡時，充入氬氣并保持壓強不變，導致反應物和生成物的分壓減小，平衡向氣體體積增大方向移動；
（4）該反應的正反應是放熱反應，升高溫度平衡向吸熱方向移動；逆向移動導致吸收部分熱量；
（5）a點反應前氫氣和氮氣的物質(zhì)的量之比為3：1，平衡時氨氣體積分數(shù)為42%，相同條件下物質(zhì)的體積分數(shù)等于其物質(zhì)的量分數(shù)，
設(shè)參加反應的氫氣、氮氣物質(zhì)的量分別為3mol、1mol，平衡時氮氣的物質(zhì)的量為xmol，
        N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）1      3        0
反應（mol）1-x   3（1-x）   2（1-x）
平衡（mol）x     3x       2（1-x）
氨氣的體積分數(shù)等于其物質(zhì)的量分數(shù)=$\frac{2（1-x）mol}{（x+3x+2-2x）mol}$×100%=42%
x=$\frac{29}{71}$，
氮氣的體積分數(shù)=$\frac{xmol}{（x+3x+2-2x）mol}×100%$；
（6）混合溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），根據(jù)電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-），溶液呈中性，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，二者混合后溶液體積增大一倍，則c（Cl^-）變?yōu)樵瓉淼囊话�，�?.005mol/L，混合溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，一水合氨電離平衡常數(shù)Kb=$\frac{c（O{H}^{-}）．c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$．

解答 解：（1）N₂、H₂起始物質(zhì)的量之比等于化學計量數(shù)之比，則平衡時N₂、H₂物質(zhì)的量濃度之比等于化學計量數(shù)之比為1：3，轉(zhuǎn)化率相等，所以其轉(zhuǎn)化率之比為1：1，
故答案為：1：3；1：1；
（2）該反應的正反應是放熱反應，升高平衡體系的溫度，平衡逆向移動，則混合氣體物質(zhì)的量增大，混合氣體質(zhì)量不變，M=$\frac{m}{n}$知其相對分子質(zhì)量變小，故答案為：變小；
（3）當達到平衡時，充入氬氣并保持壓強不變，導致反應物和生成物的分壓減小，平衡向氣體體積增大方向移動，則平衡逆向移動，故答案為：逆向移動；
（4）該反應的正反應是放熱反應，升高溫度平衡向吸熱方向移動，所以平衡向左移動；逆向移動導致吸收部分熱量，則達到新平衡后，容器內(nèi)溫度小于原來的2倍，
故答案為：向左移動；小于；
（5）a點反應前氫氣和氮氣的物質(zhì)的量之比為3：1，平衡時氨氣體積分數(shù)為42%，相同條件下物質(zhì)的體積分數(shù)等于其物質(zhì)的量分數(shù)，
設(shè)參加反應的氫氣、氮氣物質(zhì)的量分別為3mol、1mol，平衡時氮氣的物質(zhì)的量為xmol，
        N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）1      3        0
反應（mol）1-x   3（1-x）   2（1-x）
平衡（mol）x     3x       2（1-x）
氨氣的體積分數(shù)等于其物質(zhì)的量分數(shù)=$\frac{2（1-x）mol}{（x+3x+2-2x）mol}$×100%=42%
x=$\frac{29}{71}$，
氮氣的體積分數(shù)=$\frac{xmol}{（x+3x+2-2x）mol}×100%$=$\frac{\frac{29}{71}mol}{2（1+\frac{29}{71}）mol}$×100%=14.5%，
故答案為：14.5%；
（6）混合溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），根據(jù)電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-），溶液呈中性，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，二者混合后溶液體積增大一倍，則c（Cl^-）變?yōu)樵瓉淼囊话�，�?.005mol/L，混合溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，一水合氨電離平衡常數(shù)Kb=$\frac{c（O{H}^{-}）．c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}×0.005}{（\frac{a}{2}-0.005）}$=$\frac{10-9}{a-0.01}$，故答案為：$\frac{10-9}{a-0.01}$．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡影響因素、弱電解質(zhì)的電離等知識點，側(cè)重考查學生計算及知識運用能力，注意三段式法在化學平衡計算中的靈活運用，難點是（6）題計算，注意二者混合時溶液體積增大一倍導致物質(zhì)濃度降為原來的一半，為易錯點．