Question

4．工業(yè)上合成氨是在一定條件下進行如下反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），其部分工業(yè)流程如圖：

回答下列問題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂（g）△H=-483.6kJ/mol
則N₂（g）+2H₂?2NH₃（g）的△H=-92.4kJ/mol；
（2）如果工業(yè)上，在一定溫度下，將1.5mol N₂氣體和6mol H₂氣體通入到體積為1升的密閉容器中．當反應達到平衡時，容器內氣體的壓強為起始時的80%，則其平衡常數為0.057．改變下列條件，能使平衡向正反應方向進行且平衡常數不變的是①②；
①增大壓強②增大反應物質的濃度
③使用催化劑④降低溫度
（3）合成氨反應的平衡常數很小，所以在工業(yè)采取氣體循環(huán)的流程．即反應后通過降低混合氣體的溫度而使氫氣分離出來．這種分離物質的方法其原理類似于下列哪種方法：②（填編號）
①過濾 ②蒸餾 ③滲析 ④萃取
理由是通過溫度的改變而改變物質的狀態(tài)，達到分離的目的；
（4）可以用氯氣來檢驗輸送氨氣的管道是否漏氣，如果漏氣則會有白煙（成份為氯化銨）生成．該反應的化學方程式為8NH₃+3Cl₂=N₂+6NH₄Cl；
（5）假如該廠生產氨水的物質的量濃度為20mol/L，實驗室若需用80mL濃度為5mol/L的氨水時，需取20mol/L的氨水25mL（用100mL的容量瓶）．假如該氨水的pH=a，加入相同體積的鹽酸時，溶液呈中性，則此鹽酸的pH小于14-a（填“大于”“小于”或“等于”）．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律計算，已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）；△H=180.5kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）；△H=-905kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；△H=-483.6kJ/mol
由蓋斯定律，①+③×$\frac{3}{2}$-②×$\frac{1}{2}$得；
（2）依據平衡三行計算列式計算平衡濃度，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，平衡常數指生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值；平衡常數只受溫度影響，平衡常數不變，溫度不能變化，結合反應特點，根據外界條件對平衡的影響具體分析判斷；
（3）反應后通過降低混合氣體的溫度而使氫氣分離出來是控制溫度分離和蒸餾操作原理相似；
（4）氨氣和氯氣反應生成的白煙是氯化銨的固體；
（5）氨水稀釋的前后溶質的量保持不變，氨水是弱電解質，存在電離平衡．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）；△H=180.5kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）；△H=-905kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；△H=-483.6kJ/mol
由蓋斯定律，①+③×$\frac{3}{2}$-②×$\frac{1}{2}$得，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol．
故答案為：-92.4kJ/mol．
（2）反應達到平衡時，對于反應結合三行計算列式計算，設平衡后消耗氮氣物質的量濃度為x，
                N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  
起始量（mol/L） 1.5      6        0
變化量（mol/L） x       3x        2x
平衡量（mol/L） 1.5-x   6-3x      2x
容器內氣體的壓強為起始時的80%，（1.5-x+6-3x+2x）=（1.5+6）×80%，
x=0.75mol/L，
氮氣、氫氣、氨氣平衡濃度分別為：1.5mol/L-0.75mol/L=0.75mol/L、6mol/L-3×0.75mol/L=3.75mol/L、1.5mol/L，
所以平衡時平衡常數指生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，所以對于：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的反應平衡常數k=$\frac{1．{5}^{2}}{0.75×3.7{5}^{3}}$=0.057．
①反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向氣體體積減小方向移動，即向正反應移動，平衡常數不變，故①正確；
②增大反應物的濃度，平衡向正反應移動，平衡常數不變，故②正確；
③使用催化劑，加快反應速率，平衡不移動，故③錯誤；
④合成氨是放熱反應，降低溫度，平衡向放熱反應方向移動，即向正反應移動，但平衡常數增大，故④錯誤．
故答案為；0.057；①②；
（3）合成氨反應的平衡常數很小，所以在工業(yè)采取氣體循環(huán)的流程．即反應后通過降低混合氣體的溫度而使氫氣分離出來．通過溫度的改變而改變物質的狀態(tài)，達到分離的目的，這種分離物質的方法其原理類似于下列蒸餾方法，
故答案為：②；通過溫度的改變而改變物質的狀態(tài)，達到分離的目的；
（4）氯氣和氨氣的反應方程式為：8NH₃+3Cl₂═N₂+6NH₄Cl，故答案為：8NH₃+3Cl₂═N₂+6NH₄Cl；
（5）根據稀釋前后溶質的量保持不變，設需取20mol/L的氨水體積為V，則：20mol/L•V=80mL•5mol/L，解得V=25ml，
氨水的pH=a，則氨水的濃度大于10^a-14，所以消耗相同體積的鹽酸的濃度大于10^a-14，即此鹽酸的pH小于14-a，
故答案為：25mL；小于．

點評 本題題目綜合性較大，涉及蓋斯定律、化學平衡和平衡常數計算、平衡移動的影響因素、溶液稀釋和弱電解質電離平衡分析等知識點，考查學生分析和解決問題的能力，題目難度中等．