Question

16．氨、燒堿在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)廢水處理中具有廣泛用途．回答下列問題：
（1）工業(yè)上制取硝酸的第一步是以氨和空氣為原料，用鉑一銠合金網(wǎng)為催化劑，在氧化爐中（溫度為800℃）進行氨催化氧化反應(yīng)．該反應(yīng)的氧化產(chǎn)物為一氧化氮（填名稱）．
（2）某工業(yè)廢水中含有Mg²⁺、Cu²⁺等離子．取一定量的該工業(yè)廢水，向其中滴加燒堿溶液，當Mg（OH）₂開始沉淀時，溶液中$\frac{{c（C{U^{2+}}）}}{{c（M{g^{2+}}）}}$為1.2×10^-9．已知K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20．
（3）已知反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的△H=-92.2kJ•mol^-1，1mol^-1N₂（g），1molH₂（g）分子中化學鍵斷裂時分別需要吸收944.6Kj、436Kj的能量，則1molNH₃（g）分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量為1172.4Kj．
（4）Fritz Haber 研究了下列反應(yīng)：N₂（g）+3h₂?2NH₃（g）
在500℃、20MPa時，將N₂和H₂通入到體積為2L的密閉容器中，反應(yīng)過程中各種物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如圖所示：
①在0～10min內(nèi)，平均反應(yīng)速率υ（NH₃）=0.005mol/（L．min）
②在10～20min內(nèi)，各物質(zhì)濃度變化的原因可能是加了催化劑（填“加了催化劑”或“降低溫度”），其判斷理由是10-20min內(nèi)，N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量變化大于0-10min內(nèi)的變化程度，后10min的平均反應(yīng)速率大于錢10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率，縮小體積相當于增大壓強，應(yīng)該反應(yīng)物的速率增加倍數(shù)大，降低溫度，應(yīng)該反應(yīng)速率減小，增加NH₃物質(zhì)的量，逆反應(yīng)速率增加的倍數(shù)大，故只有使用催化劑符合
③溫度和密閉容器的容積一定時，當容器內(nèi)的總壓強不再隨時間而變化，反應(yīng)是否達到了化學平衡狀態(tài)？是（填“是”或“否”）其判斷理由是反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體體積發(fā)生變化，溫度和密閉容器的容積一定時，壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，壓強不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)
④500℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計算式為$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{\frac{0.25mol}{2L}×（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$（不需要算出結(jié)果，）NH₃的體積分數(shù)是42.86%（保留兩位小數(shù)）

Answer 1

分析 （1）氨氣的催化氧化生成一氧化氮和水，元素化合價升高失去電子做還原劑，被氧化生成氧化產(chǎn)物；
（2）某工業(yè)廢水中含有Mg²⁺、Cu²⁺等離子．取一定量的該工業(yè)廢水，向其中滴加燒堿溶液，當Mg（OH）₂開始沉淀時，$\frac{c（C{u}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{c（C{u}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$×$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{Ksp（Cu（OH）_{2}）}{Ksp（Mg（OH）_{2}）}$；
（3）熱化學方程式中，反應(yīng)熱=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，據(jù)此計算出1molNH₃（g）分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量；
（4）①根據(jù)反應(yīng)速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算；
②根據(jù)圖象知，平衡向正反應(yīng)方向移動，10min時是連續(xù)的，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說明為使用催化劑；
③溫度和密閉容器的容積一定時，當容器內(nèi)的總壓強不再隨時間而變化說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，物質(zhì)的量不變；
④化學平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；

解答 解：（1）用鉑一銠合金網(wǎng)為催化劑，在氧化爐中（溫度為800℃）進行氨催化氧化反應(yīng)．4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，該反應(yīng)的氧化產(chǎn)物為NO，
故答案為：一氧化氮；
（2）取一定量的該工業(yè)廢水，工業(yè)廢水中含有Mg²⁺、Cu²⁺等離子，向其中滴加燒堿溶液，
當Mg（OH）₂開始沉淀時，$\frac{c（C{u}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{c（C{u}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$×$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{Ksp（Cu（OH）_{2}）}{Ksp（Mg（OH）_{2}）}$=$\frac{2.2×1{0}^{-20}}{1.8×1{0}^{-11}}$=1.2×10^-9，
故答案為：1.2×10^-9；
（3）已知反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的△H=-92.2kJ•mol^-1，1mol^-1N₂（g），1molH₂（g）分子中化學鍵斷裂時分別需要吸收944.6Kj、436Kj的能量，則1molNH₃（g）分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量為E，則得到944.6KJ+3×436KJ-2×E=-92.2KJ/mol，E=1172.4KJ，
故答案為：1172.4；
（4）①根據(jù)反應(yīng)速率v（NH₃）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{（0.1-0）mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L．min），
故答案為：0.005mol/（L．min）；
②由圖象可知各組分物質(zhì)的量變化增加，且10min時變化是連續(xù)的，20min達平衡時，△n（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，
△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物質(zhì)的量變化之比等于化學計量數(shù)之比，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說明10min可能改變的條件是使用催化劑，縮小體積相當于增大壓強，應(yīng)該反應(yīng)物的速率增加倍數(shù)大，降低溫度，應(yīng)該反應(yīng)速率減小，增加NH₃物質(zhì)的量，逆反應(yīng)速率增加的倍數(shù)大，故只有使用催化劑符合，
故答案為：加了催化劑；10-20min內(nèi)，N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量變化大于0-10min內(nèi)的變化程度，后10min的平均反應(yīng)速率大于錢10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率，縮小體積相當于增大壓強，應(yīng)該反應(yīng)物的速率增加倍數(shù)大，降低溫度，應(yīng)該反應(yīng)速率減小，增加NH₃物質(zhì)的量，逆反應(yīng)速率增加的倍數(shù)大，故只有使用催化劑符合；
③N₂（g）+3H₂?2NH₃（g），反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，溫度和密閉容器的容積一定時，當容器內(nèi)的總壓強不再隨時間而變化說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，
故答案為：是；反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體體積發(fā)生變化，溫度和密閉容器的容積一定時，壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，壓強不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；
④由圖象可以看出，當反應(yīng)進行到時20-25min，各物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，化學平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，由圖象可知，20min達平衡時，n（N₂）=0.25mol，n（H₂）=0.15mol，n（NH₃）=0.3mol，所以所以其平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{\frac{0.25mol}{2L}×（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$，體積分數(shù)等于氣體物質(zhì)的量分數(shù)，
平衡時NH₃的體積分數(shù)=$\frac{0.3mol}{0.25mol+0.15mol+0.3mool}$×100%=42.86%，
故答案為：$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{\frac{0.25mol}{2L}×（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$；42.86%；

點評 本題考查化學反應(yīng)速率、化學平衡的計算、平衡移動以及平衡狀態(tài)的判斷、化學能量變化和鍵能的計算分析判斷，注意對圖象的分析，題目難度中等．