Question

9．合成氨是人類科學技術發(fā)展史上的一項重大突破，其反應原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
回答下列問題：
（1）450℃時，往2L密閉容器中充人1molN₂，和2.6molH₂，反應過程中NH₃的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化情況如表所示：

時間/min	5	10	15	20	25	30
c（NH3）/（mol•L-1）	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

①反應開始的5min內(nèi)，生成NH₃的平均反應速率為0.016mol/（L．min）；平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率為23.1%；該反應的平衡常數(shù)為0.1．
②下列敘述中，能說明該合成氨反應已達到平衡的是BD（填字母代號）？
A．容器內(nèi)的氣體密度保持不變
B．容器內(nèi)的氣體壓強保持不變
C．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃物質(zhì)的量濃度之比為1：3：2
D．單位時間內(nèi)消耗a molN₂，同時生成3amolH₂
③若再向平衡體系中充入l mol N₂、2.5molH₂、0.5mol NH₃，平衡將正向移動（填“正向移動”、“逆向移動”或“不移動”）．
（2）由圖表示反應速率與反應過程的關系，當反應達到平衡后不斷改變條件（不改變N₂、H₂、NH₃的量，每次只改變一種條件），其中t₁時刻改變的條件是升高溫度，表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段時間是t₀～t₁段
（3）一種合成氨的新方法為：在常壓下，把氫氣和用氦氣稀釋的氮氣分別通入570℃的電解池，讓氫離子通過的多孔陶瓷固體作電解質(zhì)，氫氣和氮氣在電極上合成氨，氫氣轉(zhuǎn)化率達到78%，該電解池陰極的電極反應式為N₂+6H⁺+6e^-═2NH₃．
（4）25℃時，pH=a的氨水與pH=b）的鹽酸等體積混合，恰好完全反應，則該溫度下原氨水電離的百分數(shù)可表示為A．
A.10^（a+b-12）%    B.10^（a+b-14）%     C.10^（12-a-b）%   D.10^（14-a-b）%

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算NH₃的平均反應速率，根據(jù)氨氣濃度計算氫氣濃度變化量、平衡時各組分濃度，氫氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{氫氣濃度變化量}{氫氣起始濃度}$×100%，平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②反應到達平衡時，正逆反應速率相等，各組分的濃度、含量不變，由此衍生的其它一些物理量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
③計算濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較判斷反應進行方向；
（2）合成氨氣是體積減小的放熱反應，t₁時刻改變的條件，逆反應速率增大，平衡向反應移動，應是升高溫度，重新到達平衡后，氨氣含量降低，t₃時刻改變的條件，逆反應速率增大，平衡不移動，氨氣的含量不變，應是加入催化劑，t₄時刻改變的條件，逆反應速率降低，平衡向逆反應移動，應是降低壓強，平衡時氨氣的含量降低；
（3）陰極發(fā)生還原反應，氮氣獲得電子與多孔陶瓷的氫離子生成氨氣；
（4）25℃時，pH=a的氨水與pH=1的鹽酸等體積混合，恰好完全反應，設溶液體積為1L，則n（NH₃．H₂O）=n（HCl），根據(jù)氨水中氫氧根離子濃度計算電離的一水合氨，進而計算該溫度下原氨水電離的百分數(shù)．

解答 解：（1）①反應開始的5min內(nèi)，生成NH₃的平均反應速率為$\frac{0.08mol/L}{5min}$=0.016mol/（L．min），由方程式可知氫氣的濃度變化量為0.2mol/L×$\frac{3}{2}$=0.3mol/L，故氫氣轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.3mol/L}{\frac{2.6mol}{2L}}$×100%=23.1%，
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）：0.5    1.3      0
變化量（mol/L）：0.1    0.3      0.2
平衡量（mol/L）：0.4    1       0.2
平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0.4×{1}^{3}}$=0.1，
故答案為：0.016mol/（L．min）；23.1%；0.1；
②A．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，容器內(nèi)的氣體密度始終保持不變，故A錯誤；
B．隨反應進行混合氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下壓強減小，容器內(nèi)的氣體壓強保持不變說明到達平衡，故B正確；
C．平衡時各組分的濃度之比不一定等于化學計量數(shù)之比，與起始濃度、轉(zhuǎn)化率有關，故C錯誤；
D．單位時間內(nèi)消耗a molN₂，會消耗3molH₂，同時生成3amolH₂，氫氣的生成速率與消耗速率相等，反應到達平衡，故D正確，
故選：BD；
③若再向平衡體系中充入l mol N₂、2.5molH₂、0.5mol NH₃，產(chǎn)生濃度商Qc=$\frac{（0.2+\frac{0.5}{2}）^{2}}{（0.4+\frac{1}{2}）×（1+\frac{2.5}{2}）^{3}}$＜K=0.1，故反應向正反應進行，
故答案為：正向移動；
（2）合成氨氣是體積減小的放熱反應，t₁時刻改變的條件，逆反應速率增大，平衡向反應移動，應是升高溫度，重新到達平衡后，氨氣含量降低，t₃時刻改變的條件，逆反應速率增大，平衡不移動，氨氣的含量不變，應是加入催化劑，t₄時刻改變的條件，逆反應速率降低，平衡向逆反應移動，應是降低壓強，平衡時氨氣的含量降低，故t₀～t₁段氨氣的體積分數(shù)最大，
故答案為：升高溫度；t₀～t₁段；
（3）陰極發(fā)生還原反應，氮氣獲得電子與多孔陶瓷的氫離子生成氨氣，該電解池陰極的電極反應式為：N₂+6H⁺+6e^-═2NH₃，
故答案為：N₂+6H⁺+6e^-═2NH₃；
（4）25℃時，pH=a的氨水與pH=1的鹽酸等體積混合，恰好完全反應，設溶液體積為1L，則n（NH₃．H₂O）=n（HCl）=1L×10^-bmol/L=10^-bmol，氨水中氫氧根離子為1L×10^-14+amol/L=10^-14+amol，則電離的一水合氨為10^-14+amol，故該溫度下原氨水電離的百分數(shù)為$\frac{1{0}^{-14+a}}{1{0}^{-b}}$×100%=10^（a+b-12）%，
故選：A．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、反應速率計算、平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)應用、電解原理、弱電解質(zhì)電離等，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．