Question

18．（1）氨是氮循環(huán)中的重要物質(zhì)，氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法．
（1）已知：H-H鍵能為436KJ•mol^-1，N≡N鍵能為945KJ•mol^-1，N-H鍵能為391KJ•mol^-1．寫出合成氨反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1
（2）可逆反應(yīng)N₂+3H₂?2NH₃在恒容密閉容器中進行，達到平衡狀態(tài)的標志是②⑤
①單位時間內(nèi)生成n mo1N₂的同時生成3n mol H₂
②單位時間內(nèi)1個N≡N鍵斷裂的同時，有6個N-H鍵斷裂
③容器中N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量為1：3：2
④常溫下，混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)
⑤常溫下，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)
（3）恒溫下，往一個2L的密閉容器中充入2.6mol H₂和1mol N₂，反應(yīng)過程中對NH₃的濃度進行檢測，得到的數(shù)據(jù)如下表所：

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

5min內(nèi)，消耗N₂的平均反應(yīng)速率為0.008mol/（L．min）；此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=0.1；反應(yīng)達到平衡后，若往平衡體系中加入H₂、N₂和NH₃各2mol，化學(xué)平衡將向逆反應(yīng)（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向移動．
（4）氨是氮肥工業(yè)的重要原料．某化肥廠以天然石膏礦（主要成分CaSO₄）為原料生產(chǎn)銨態(tài)氮肥（NH₄）₂SO₄，（已知Ksp（CaSO₄）=7.10×10^-5  Ksp（CaCO₃）=4.96×10^-9）其工藝流程如下：
請寫出制備（NH₄）₂SO₄的反應(yīng)方程式：CaSO₄+（NH₄）₂CO₃=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓；并利用有關(guān)數(shù)據(jù)簡述上述反應(yīng)能發(fā)生的原因因為Ksp（CaSO₄）=7.10×10^-5＞Ksp（CaCO₃）=4.96×10^-9．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
（2）可逆反應(yīng)到達平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)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）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NH₃），再利用速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（N₂）；
恒溫下，往一個2L的密閉容器中充入2.6mol H₂和1mol N₂，20min處于平衡狀態(tài)，平衡時NH₃濃度為0.2mol/L，則：
               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=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
計算濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進行，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進行；
（4）由流程圖可知，硫酸鈣、氨氣、二氧化碳轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄與CaCO₃，CaCO₃分解生成的二氧化碳循環(huán)利用，反應(yīng)利用溶解度大轉(zhuǎn)化為溶解度更小沉淀轉(zhuǎn)化原理．

解答 解：（1）反應(yīng)發(fā)生：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），則△H=945KJ•mol^-1+3×436KJ•mol^-1-6×391KJ•mol^-1=-93 KJ•mol^-1，反應(yīng)熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1；
（2）①單位時間內(nèi)生成n mo1N₂的同時生成3n mol H₂，均表示逆反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進行，故①錯誤；
②單位時間內(nèi)1個N≡N鍵斷裂的同時，有6個N-H鍵斷裂，而1個N≡N鍵斷裂的同時生成6個N-H鍵，氨氣的生成與消耗速率相等，反應(yīng)到達平衡，故②正確；
③容器中N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量關(guān)系與氮氣、氫氣起始物質(zhì)的量及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，不一定為1：3：2，故③錯誤；
④混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終不變，故④錯誤；
⑤混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進行混合氣體總物質(zhì)的量進行，平均相對分子質(zhì)量增大，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，說明到達平衡狀態(tài)，故⑤正確，
故選：②⑤；
（3）5min內(nèi)，△c（NH₃）=0.08mol/L，則v（NH₃）=$\frac{0.08mol/L}{5min}$=0.016mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（NH₃）=0.008mol/（L．min）；
恒溫下，往一個2L的密閉容器中充入2.6mol H₂和1mol N₂，20min處于平衡狀態(tài)，平衡時NH₃濃度為0.2mol/L，則：
             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；
濃度商Qc=$\frac{（0.2+\frac{2}{2}）^{2}}{（0.4+\frac{2}{2}）×（1+\frac{2}{2}）^{3}}$=0.13＞K=0.1，反應(yīng)向逆反應(yīng)進行，
故答案為：0.008mol/（L．min）；0.1；逆反應(yīng)；
（4）由流程圖可知，硫酸鈣、氨氣、二氧化碳轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄與CaCO₃，CaCO₃分解生成的二氧化碳循環(huán)利用，制備（NH₄）₂SO₄的反應(yīng)方程式：CaSO₄+（NH₄）₂CO₃=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃，上述反應(yīng)能發(fā)生的原因：因為Ksp（CaSO₄）=7.10×10^-5＞Ksp（CaCO₃）=4.96×10^-9，
故答案為：CaSO₄+（NH₄）₂CO₃=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓；因為Ksp（CaSO₄）=7.10×10^-5＞Ksp（CaCO₃）=4.96×10^-9．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)速率計算、平衡常數(shù)、熱化學(xué)方程式書寫、沉淀轉(zhuǎn)化等，題目比較綜合，涉及知識點比較多，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，難度中等．