Question

6．運用化學反應原理研究部分單質及其化合物的反應有重要意義．
（1）氨是氮循環(huán)過程中的重要物質，是氮肥工業(yè)的重要原料．氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．請回答
①已知：H-H鍵能為436kJ/mol，N≡N鍵能為945kJ/mol，N一H鍵能為391kJ/mol．由鍵能計算消耗1molN₂時的△H=-93kJ/mol．
②若在恒溫、恒壓條件下向上述平衡體系中通入氦氣，平衡向左移動（填“向左”、“向右”或“不”）； 氨氣的平衡濃度隨溫度變化如圖所示，當合成氨平衡體系溫度由T₁變化到T₂時，K_A＞K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．
③在25°C下，將a mol•L^-1的氨水與b mol•L^-1的鹽酸等體積混合，反應后溶液中顯中性，則c（NH₄⁺）=c（Cl^-）（填“＞”、“＜”或“=”）；
用含a和b的代數(shù)式表示出氨水的電離平衡常數(shù)表達式K=$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$．
（2）硫酸生產中，SO₂催化氧化生成SO₃：SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═SO₃（g）△H＜0，是工業(yè)上生產硫酸的關鍵步驟．
①在某溫度時，該反應的平衡常數(shù)K=0.75，若在此溫度下，向100L的恒容密閉容器中，充入3mol SO₂、4mol O₂和4mol SO₃，則反應開始時正反應速率＜逆反應速率（填“＜”、“＞”或“=”）．
②在①中的反應達到平衡后，改變下列條件，能使SO₂（g）平衡濃度比原來減小的是abc．
a．保持溫度和容器體積不變，充入1.0molO₂
b．保持溫度和容器內壓強不變，充入2.0molHe
c．降低溫度
d．在其他條件不變時，減小容器的容積
③制備硫酸鋇．在一定溫度下，50ml 0.02mol/LNaHSO₄溶液與50ml 0.018mol/L BaCl₂溶液混合，充分反應后溶液中c（Ba²⁺）=1.3×10^-8，pH=2[已知該溫度時，K_sp（BaSO₄）=1.3×10^-10]．

Answer 1

分析 （1）①反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=反應熱，據(jù)此計算該反應的反應熱；
②恒壓條件下向上述平衡體系中通入氦氣，為保持恒壓，體積增大，壓強減小，平衡逆向進行；
分析圖象，反應為放熱反應，溫度升高，氨氣濃度減小，平衡逆向進行，平衡常數(shù)減�。�
③根據(jù)電荷守恒：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-），現(xiàn)已知c（H⁺）=c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=c（Cl^-）； K_b（NH₃•H₂O）=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，c（OH^-）=10^-7mol•L^-1，c（NH₄⁺）=$\frac{2}$mol•L^-1，c（NH₃•H₂O）=$\frac{1}{2}$（a-b） mol•L^-1；
（2）①計算濃度商Qc=$\frac{\frac{4mol}{100L}}{\frac{3mol}{100L}×（\frac{4mol}{100L}）^{\frac{1}{2}}}$=6.67＞Kc=0.75，平衡逆向移動；
②增大容器體積或體積不變平衡正向移動會使SO₂濃度減��；
③硫酸氫鈉屬于鹽是強電解質，在水溶液中完全電離產生鈉離子、氫離子、硫酸根離子，計算混合后硫酸根的濃度，根據(jù)K_sp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）•c（SO₄^2-）計算硫酸根沉淀時溶液中c（Ba²⁺），原氯化鋇溶液為此時鋇離子濃度的2倍，注意溶液混合后各種物質的濃度降為原來的一半，溶液中氫離子未參加反應，根據(jù)PH=-lgc（H⁺）計算PH．

解答 解：（1）①反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的反應熱△H=945kJ•mol^-1+3×436kJ•mol^-1-2×3×391kJ•mol^-1=-93kJ•mol^-1，故消耗1molN₂時的△H=-93kJ•mol^-1，
故答案為：93kJ/mol；
②恒壓條件下向上述平衡體系中通入氦氣，為保持恒壓，體積增大，壓強減小，平衡逆向進行；分析圖象，反應為放熱反應，溫度升高，氨氣濃度減小，平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小，K_A＞K_B，
故答案為：向左；＞；
③氨氣溶于水得到氨水．在25°C下，將a mol•L^-1的氨水與b mol•L^-1的鹽酸等體積混合，反應后溶液中顯中性，根據(jù)電荷守恒：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-），現(xiàn)已知c（H⁺）=c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=c（Cl^-），c（OH^-）=10^-7mol•L^-1，c（NH₄⁺）=$\frac{2}$mol•L^-1，c（NH₃•H₂O）=$\frac{1}{2}$（a-b） mol•L^-1，K_b（NH₃•H₂O）=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$，
故答案為：=；$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$；
（2）①在某溫度時，SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H＜0，該反應的平衡常數(shù)K=0.75，若在此溫度下，向100L的恒容密閉容器中，充入3mol SO₂、4mol O₂和4mol SO₃，Qc=$\frac{\frac{4mol}{100L}}{\frac{3mol}{100L}×（\frac{4mol}{100L}）^{\frac{1}{2}}}$=6.67＞Kc=0.75，平衡逆向移動，正反應速率小于逆反應速率；
故答案為：＜；
②a、保持溫度和容器體積不變，O₂的濃度增大，平衡正向移動，SO₂的濃度減小，故a正確；
b、保持溫度和容器內壓強不變，充入2.0mol He，為保持壓強不變，體積增大，新的平衡與原平衡相比，平衡逆向進行，但體積增大為主，SO₂的濃度減小，故b正確；
c、降低溫度，平衡向放熱的方向移動，而正反應為放熱，所以平衡正向移動，SO₂的濃度減小，故c正確；
d、移動活塞壓縮氣體，SO₂的濃度瞬間增大，之后平衡向氣體體積減少的方向移動，即向正反應方向移動，SO₂的濃度減小，再次到達平衡時SO₂的濃度仍比原來大，所以d錯誤；
故答案為：abc；
③硫酸氫鈉為強酸酸式鹽，在水中完全電離：NaHSO₄═Na⁺+H⁺+SO₄^2-，等體積混合后，c（SO₄^2-）=$\frac{1}{2}$×0.02mol/L=0.01mol/L，故BaSO₄沉淀所需Ba²⁺離子的最小濃度為c（Ba²⁺）=$\frac{1.3×1{0}^{-10}}{0.01}$mol/L=1.3×10^-8mol/L，溶液中氫離子未參加反應，物質的濃度降為原來的一半，c（H⁺）=$\frac{1}{2}$×0.02mol/L=0.01mol/L，PH=-lgc（H⁺）=2，
故答案為：1.3×10^-8；2．

點評 本題考查了熱化學方程式能量變化與化學鍵能過程分析，平衡常數(shù)、電離平衡常數(shù)計算和影響因素分析判斷等知識，化學平衡移動原理和溶度積常數(shù)計算應用是解題關鍵，題目難度中等．