Question

以下是處于研究階段的“人工固氮”的新方法．N₂在催化劑表面與水發(fā)生反應(yīng)：
2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）-1530.4kJ
完成下列填空：
（1）該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=

 

．在答題紙的坐標(biāo)圖中畫出上述反應(yīng)在有催化劑與無(wú)催化劑兩種情況下反應(yīng)過(guò)程中體系能量變化示意圖，并進(jìn)行必要標(biāo)注．
（2）上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，保持其他條件不變，升高溫度，重新達(dá)到平衡時(shí)

 

．
a．平衡常數(shù)K增大             b．H₂O的濃度減小
c．容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大           d．v_逆（O₂）減小
（3）部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表（條件：2L容器、催化劑、光、N₂ 1mol、水3mol、反應(yīng)時(shí)間3h）：

序號(hào)	第一組	第二組	第三組	第四組
t/℃	30	40	50	80
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

第四組容器中3小時(shí)內(nèi)以NH₃表示的平均反應(yīng)速率是

 

．第四組容器內(nèi)NH₃生成量最小的可能原因是

 

．
（4）若用該反應(yīng)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，請(qǐng)選擇適宜的條件

 

．
（5）氨水是實(shí)驗(yàn)室最常用的弱堿．
①向滴有少量酚酞試液的稀氨水，加入少量的NH₄Cl晶體，可觀察到

 

，則證明-水合氨是弱電解質(zhì)．
②向鹽酸中滴加氨水至過(guò)量，該過(guò)程中離子濃度大小關(guān)系可能正確的是

 

．
a．c（Cl^-）=c（NH₄⁺）＞c（H⁺）=c（OH^-）     b．c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）=c（OH^-）＞c（H⁺）
c．c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）    d．c（OH^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（Cl^-）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,反應(yīng)速率的定量表示方法,離子濃度大小的比較

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）該反應(yīng)平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度的冪之積，使用催化劑降低反應(yīng)的活化能；
（2）a．正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)K增大；
b．升高溫度，H₂O的濃度不變；
c．升高溫度，平衡正向移動(dòng)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大；
d．升高溫度正逆反應(yīng)速率都增加；
（3）3小時(shí)內(nèi)以NH₃濃度的變化量來(lái)表示；第四組溫度最高但達(dá)平衡時(shí)，氨氣的物質(zhì)的量最小，可能是溫度對(duì)催化劑的活性的影響；
（4）進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，要反應(yīng)速率快，轉(zhuǎn)化率高；
（5）①如果氨水是弱堿，則存在電離平衡，加入含有相同離子的鹽能改變平衡的移動(dòng)，則溶液的顏色發(fā)生變化，如果不變化，則證明是強(qiáng)堿；
②a、根據(jù)電荷守恒，如溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），則有c （C1^-）=c（NH₄⁺），此時(shí)氨水應(yīng)過(guò)量少許；
b、鹽酸稍稍過(guò)量時(shí)：c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）=c（H⁺）＞c（OH^-）；
c、體系為NH₄Cl溶液和NH₃．H₂O，氨水過(guò)量較多時(shí)，溶液呈堿性：c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）；
d、鹽酸是1：1的電離氫離子，氫離子被氨水中和一部分，所以c（H⁺）不可能大于 c（Cl^-）．

解答： 解：（1）反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=

c(NH3)4c(O2)3

c(N2)3

；使用催化劑降低反應(yīng)的活化能降低，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物比生成物的能量低，
故答案為：

c(NH3)4c(O2)3

c(N2)3

；；
（2）a．正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)K增大，故選；
b．升高溫度，H₂O的濃度不變，故不選；
c．升高溫度，平衡正向移動(dòng)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大，故選；
d．升高溫度正逆反應(yīng)速率都增加，故不選；
故答案為：ac；
（3）3小時(shí)內(nèi)以NH₃濃度的變化量，v（NH₃）=

2×10-6mol-0 2L

3h

=33×10^-7mol/L?h，第四組溫度最高但達(dá)平衡時(shí)，氨氣的物質(zhì)的量最小，可能是催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢，故答案為：33×10^-7mol/L?h；催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢；
（4）進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，要反應(yīng)速率快，轉(zhuǎn)化率高，從速率方面考慮應(yīng)選擇高效催化劑、提高溫度，從轉(zhuǎn)化率方面考慮應(yīng)及時(shí)將產(chǎn)物移出反應(yīng)容器，故答案為：選擇高效催化劑、提高溫度、及時(shí)將產(chǎn)物移出反應(yīng)容器；
（5）①向氨水中加入氯化銨后，如果氨水是弱電解質(zhì)，則抑制氨水的電離，溶液中氫氧根離子濃度降低，溶液的堿性減弱，則溶液的顏色變淺，則說(shuō)明氨水存在電離平衡，故答案為：紅色變淺；
②a根據(jù)電荷守恒，如溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），則有c （C1^-）=c（NH₄⁺），此時(shí)氨水應(yīng)過(guò)量少許，故a正確；
b、鹽酸稍稍過(guò)量時(shí)：c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）=c（H⁺）＞c（OH^-），故b錯(cuò)誤；
c、體系為NH₄Cl溶液和NH₃．H₂O，氨水過(guò)量較多時(shí)，溶液呈堿性：c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺），故c正確；
d、鹽酸是1：1的電離氫離子，氫離子被氨水中和一部分，所以c（H⁺）不可能大于 c（Cl^-），故d錯(cuò)誤；
故選ac．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式的書寫，以及影響化學(xué)速率的因素和弱電解質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究，利用假設(shè)法來(lái)分析解答即可，難度不大．