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）該熱化學(xué)反應(yīng)方程式的意義是

 

．
（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(jiàn)下表（條件：2L容器、催化劑、光、N₂1mol、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）氨氣大量用于制尿素，銨態(tài)氮肥以及硝酸，氨還可用做致冷劑．
①在（NH₄）₂SO₄溶液中存在水解反應(yīng)，常溫下該水解反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式可表示為K=

 

；
②有等濃度的下列三種溶液：①NH₄Cl�、冢∟H₄）₂SO₄�、跱H₄HSO₄，c（NH₄⁺）由大到小的順序是

 

；若換成pH值相等，則三種溶液中，c（NH₄⁺）由大到小的順序是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,熱化學(xué)方程式,合成氨條件的選擇,鹽類(lèi)水解的原理

專(zhuān)題：

分析：（1）根據(jù)熱化學(xué)反應(yīng)方程式的意義回答；
（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依據(jù)平衡常數(shù)概念書(shū)寫(xiě)表達(dá)式，利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以生成物平衡濃度冪次方乘積；
②依據(jù)銨根離子水解的影響因素分析判斷，①NH₄Cl ②（NH₄）₂SO₄  ③NH₄HSO₄ 先不考慮水解，則②NH₄）₂SO₄含有兩個(gè)NH₄⁺，所以它們NH₄⁺的濃度大于其它兩種物質(zhì)，溶液中c（NH₄⁺）根據(jù)鹽類(lèi)水解的影響分析判斷．從兩個(gè)角度考慮，一是相同pH的（NH₄）₂SO₄與NH₄Cl溶液的水解程度是否相等，二是NH₄HSO₄電離時(shí)產(chǎn)生H⁺使溶液呈酸性，NH₄⁺的水解被抑制．

解答： 解：（1）該熱化學(xué)反應(yīng)方程式的意義是2mol氮?dú)庠诖呋瘎┍砻媾c6mol水完全反應(yīng)生成4mol氨氣和3mol氧氣需吸收1530.4 kJ的熱量；
故答案為：2mol氮?dú)庠诖呋瘎┍砻媾c6mol水完全反應(yīng)生成4mol氨氣和3mol氧氣需吸收1530.4 kJ的熱量；
（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

=3.33×10^-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：3.33×10^-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在（NH₄）₂SO₄溶液中存在水解反應(yīng)，2NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺，常溫下該水解反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式可表示為K=

c(NH 3?H 2O)c(H +)

c(NH 4 +)

，
故答案為：

c(NH 3?H 2O)c(H +)

c(NH 4 +)

；
②物質(zhì)的量濃度相同的下列溶液：①NH₄Cl、②（NH₄）₂SO₄、③NH₄HSO₄；先不考慮水解，則②（NH₄）₂SO₄ 含有兩個(gè)NH₄⁺，所以它們NH₄⁺的濃度大于其它兩種物質(zhì)，①NH₄Cl，NH₄⁺水解與③NH₄HSO₄ 比較，③水解得到抑制，即NH₄⁺的量較增多，即溶液中c（NH₄⁺）③＞①； 按c（NH₄⁺）由大到小的順序排列為 ②＞③＞①； 相同pH的（NH₄）₂SO₄與NH₄Cl溶液中，都是強(qiáng)酸弱堿鹽，根據(jù)溶液呈電中性可判斷二者NH₄⁺濃度相等，由于NH₄HSO₄電離時(shí)產(chǎn)生H⁺使溶液呈酸性，NH₄⁺的水解被抑制，因此NH₄HSO₄中NH₄⁺的濃度小于（NH₄）₂SO₄，故答案為：②＞③＞①； ①=②＞③．

點(diǎn)評(píng)：本題考查熱化學(xué)方程式意義，化學(xué)平衡狀態(tài)的分析判斷，化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算，鹽類(lèi)水解的原理和應(yīng)用，注意鹽類(lèi)水解的實(shí)質(zhì)和把握弱電解質(zhì)的電離，從影響平衡移動(dòng)的角度分析離子濃度的大小比較是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．