Question

15．氨氣是生產(chǎn)化肥、硝酸等的重要原料，圍繞合成氨人們進(jìn)行了一系列的研究．
（1）三氮化銨水解可生成氨氣和物質(zhì)X，X的結(jié)構(gòu)式為．
（2）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，斷裂1mol N≡N鍵需要的能量為946kJ．

（3）常溫下，向amol•L^-1的氨水加入等體積bmol•L^-1的鹽酸，混合溶液呈中性，則該溫度下氨水的電離平衡常數(shù)為$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$（用含a和b的代數(shù)式表示）．
（4）相同溫度下，向甲、乙、丙三個容積相同的恒容密閉容器中按照下列三種方式分別投料，發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），測得甲容器中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為40%．

	N（N2）/mol	N（H2）/mol	N（NH3）/mol
甲	1	3	0
乙	0.5	1.5	1
丙	0	0	4

①乙容器中起始時反應(yīng)逆向（填“正向”或“不”）移動．
②達(dá)到平衡時，甲、乙、丙三個容器中NH3的體積分?jǐn)?shù)由大到小的順序為丙＞甲=乙．
（5）現(xiàn)分別在150℃、300℃、500℃時向反應(yīng)器中接n（N₂）：n（H₂）=1：3投料發(fā)反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），該反應(yīng)達(dá)到平衡時，體系中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化曲線如圖所示．
①150℃時發(fā)生的反應(yīng)可用曲線m（填“m”、“n”或“l(fā)”）表示．
②上圖中A、B、C三點的平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K（B）=K（C）＜K（A）．
③若B點時c（NH₃）=0.6mol•L^-1，則此時反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=44.4．

Answer 1

分析 （1）三氮化銨水解可生成氨氣和物質(zhì)X，依據(jù)水解實質(zhì)分析得到一水合氨和HN₃；
（2）反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=反應(yīng)熱，據(jù)此計算；
（3）將a mol•L^-1的氨水與b mol•L^-1的鹽酸等體積混合，反應(yīng)后溶液顯中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，根據(jù)氨水的電離平衡常數(shù)的表達(dá)式計算；
（4）①甲、乙是完全等效平衡，平衡時對應(yīng)各組分的物質(zhì)的量相等，根據(jù)甲中氫氣的轉(zhuǎn)化率計算平衡時氫氣的物質(zhì)的量，與乙中氫氣的物質(zhì)的量比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
②甲、乙是完全等效平衡，平衡時NH₃的體積分?jǐn)?shù)相等，丙相當(dāng)于在甲平衡的基礎(chǔ)上，再加入1molN₂、3molH₂，壓強(qiáng)增大平衡向正反應(yīng)方向移動，據(jù)此解答；
（5）①正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，氨氣的含量減小；
②K只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減��；
③計算平衡時各組分濃度，代入K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$計算平衡常數(shù)．

解答 解：（1）三氮化銨水解可生成氨氣和物質(zhì)X，依據(jù)水解實質(zhì)分析得到一水合氨和HN₃，HN₃是共價化合物結(jié)構(gòu)式為：，
故答案為：；

（2）N≡N鍵能為x，則3×436kJ/mol+x-2×1173.2kJ/mol=-92.4kJ/mol，解得x=946kJ/mol，故斷裂1mol N≡N鍵需要能量是946kJ，
故答案為：946kJ；
（3）將a mol•L^-1的氨水與b mol•L^-1的鹽酸等體積混合，反應(yīng)后溶液顯中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，
溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=$\frac{2}$mol/L，混合后反應(yīng)前c（NH₃•H₂O）=$\frac{a}{2}$mol/L，
則反應(yīng)后一水合氨的濃度為：c（NH₃•H₂O）=（$\frac{a}{2}$-$\frac{2}$）mol/L，
則氨水的電離平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{\frac{2}×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-\frac{2}}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$，
故答案為：$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$；
（4）①甲、乙是完全等效平衡，平衡時對應(yīng)各組分的物質(zhì)的量相等，平衡時甲容器中H₂的轉(zhuǎn)化率為40%，則平衡時氫氣的物質(zhì)的量為3mol×（1-40%）=1.8mol，乙中氫氣為1.5mol，小于1.8mol，則乙容器中反應(yīng)進(jìn)行的方向是逆向，
故答案為：逆向；
②甲、乙是完全等效平衡，平衡時NH₃的體積分?jǐn)?shù)相等，丙相當(dāng)于在甲平衡的基礎(chǔ)上，再加入1molN₂、3molH₂，壓強(qiáng)增大平衡向正反應(yīng)方向移動，氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，故體積分?jǐn)?shù)：丙＞甲=乙，
故答案為：丙＞甲=乙；
（5）①合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度越高，越不利于反應(yīng)正向進(jìn)行，曲線m的氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最高，其反應(yīng)溫度對應(yīng)相對最低，所以m曲線對應(yīng)溫度為150°C，
故答案為：m；
②平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，與其他條件無關(guān)，溫度相同時平衡常數(shù)相同，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，則A、B、C點平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K（B）=K（C）＜K（A），故答案為：K（B）=K（C）＜K（A）；
③若B點時c（NH₃）=0.6mol•L^-1，氨氣體積分?jǐn)?shù)為60%，設(shè)氮氣物質(zhì)的量濃度為x，則氫氣物質(zhì)的量濃度為3x，則：
                 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始濃度（mol/L）：x      3x         0
變化濃度（mol/L）：0.3    0.9       0.6
平衡濃度（mol/L）：x-0.3  3x-0.9    0.6
所以$\frac{0.6}{4x-0.6}$=60%，解得x=0.4，平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{0．{6}^{2}}{0.3×0．{3}^{3}}$≈44.4，
故答案為：44.4；

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、化學(xué)平衡圖象等，試題知識點較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計算能力，題目難度中等．