Question

【題目】氨為重要的化工原料，有廣泛用途。

(1)合成氨中的氫氣可由下列反應(yīng)制取：

a．CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝＋216.4 kJ·mol－1

b．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1

則反應(yīng)CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝_________________________。

(2)起始時(shí)投入氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量分別為1 mol、3 mol，在不同溫度和壓強(qiáng)下合成氨。平衡時(shí)混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖。

①恒壓時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是________(填序號)。

A N2和H2的轉(zhuǎn)化率相等 B 反應(yīng)體系密度保持不變

C c(H2)/c(NH3 )保持不變 D c(NH3 )/c(N2)＝2

②p1________(填“>”、“<”、“＝”或“不確定”，下同)p2；反應(yīng)的平衡常數(shù)：B點(diǎn)________D點(diǎn)。

③C點(diǎn)H2的轉(zhuǎn)化率為________；在A、B兩點(diǎn)條件下，該反應(yīng)從開始到平衡時(shí)生成氨氣的平均速率：v(A)________v(B)。

(3)N2H4可作火箭推進(jìn)劑，NH3和NaClO在一定條件下反應(yīng)可生成N2H4。

①寫出NH3和NaClO反應(yīng)生成N2H4的化學(xué)方程式________________________________。

②已知25 ℃時(shí)，N2H4的水溶液呈弱堿性：N2H4＋H2ON2H5+＋OH－K1＝1×10－a N2H5+＋H2ON2H62+＋OH－　K2＝1×10－b25 ℃時(shí)，向N2H4水溶液中加入H2SO4，欲使c(N2H5+)>c(N2H4)，同時(shí)c(N2H5+)>c(N2H62+)，應(yīng)控制溶液pH的范圍為__________________________________(用含a、b的式子表示)。

Answer 1

【答案】＋175.2 kJ·mol－1 BC < > 66.7% < 2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O 14－b<pH<14－a

【解析】

（1）已知a.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝＋216.4kJ·mol－1，b.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律由a+b可得反應(yīng)：CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g) ΔH=＋216.4kJ·mol－1+(－41.2kJ·mol－1)=＋175.2 kJ·mol－1，故答案為：＋175.2kJ·mol－1。

（2）①A.氮?dú)夂蜌錃獾某跏嘉镔|(zhì)的量之比為1:3，由反應(yīng)方程式N2+3H22NH3可得，氮?dú)夂蜌錃獍次镔|(zhì)的量之比1:3反應(yīng)，所以N2和H2的轉(zhuǎn)化率一直是相等的，與是否達(dá)到平衡狀態(tài)無關(guān)，故A不選；

B.該反應(yīng)是一個(gè)氣體分子式變化的反應(yīng)，恒壓是只要不平衡，氣體體積就會發(fā)生變化，因?yàn)闅怏w總質(zhì)量不變，所以密度就會不斷變化，當(dāng)密度不變時(shí)，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B選；

C.氮?dú)鈺r(shí)反應(yīng)物，氨氣是生成物，若氫氣減少，則氨氣必增多，其比值c(H2)/c(NH3 )就會變化，當(dāng)比值不變時(shí)說明已經(jīng)處于平衡狀態(tài)，故C選；

D.氫氣是反應(yīng)物，氨氣是生成物，只要不平衡，若氫氣減少，則氨氣必增多，其比值c(H2)/c(NH3 )就會變化，當(dāng)比值不變時(shí)說明已經(jīng)處于平衡狀態(tài)，但當(dāng)比值為2時(shí)，不一定說明不在變化，所以不一定是平衡狀態(tài)，故D不選。

故答案為：BC。

②合成氨反應(yīng)是一個(gè)氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)有利于平衡正向移動，有圖可知，溫度相同時(shí)，壓強(qiáng)為P1時(shí)平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)小于壓強(qiáng)為P2時(shí)，所以P1<P2；合成氨正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡常數(shù)越小，D點(diǎn)溫度高于B點(diǎn)溫度，所以平衡常數(shù)：B＞D，故答案為：<，>。

③設(shè)C點(diǎn)H2的轉(zhuǎn)化率為α(H2)

N2 + 3H2 2NH3

初始(mol) 1 3 0

轉(zhuǎn)化(mol) α(H2) 3α(H2) 2α(H2)

平衡(mol) 1-α(H2) 3-3α(H2) 2α(H2)

因?yàn)槠胶饣旌衔镏邪钡捏w積分?jǐn)?shù)為50%，同溫同壓下氣體體積分?jǐn)?shù)與物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相等，所以2α(H2)/(1-α(H2)+3-3α(H2)+ 2α(H2))×100%=50%，解得α(H2)=66.7%；A、B兩點(diǎn)平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)相同，B點(diǎn)溫度和壓強(qiáng)均高于A點(diǎn)溫度和壓強(qiáng)，則在A、B兩點(diǎn)條件下，該反應(yīng)從開始到平衡時(shí)生成氨氣的平均速率：v(A)< v(B)，故答案為：. 66.7%，<。

（3）①NH3與NaClO一定條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)可得到肼（N2H4）、氯化鈉和水，NaClO作氧化劑，被還原為NaCl，所以該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O，故答案為：2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O。

②K1=c(N2H5+)c(OH－)/c(N2H4)=1×10-a，所以c(N2H5+)= c(N2H4)時(shí)，c(OH－) =1×10-a，c(H+)=Kw/c(OH－)=10-(14-a)，pH=-lgc(H+)=14-a，則c(N2H5+)＞c(N2H4)時(shí)，c(OH－)<1×10-a，c(H+)=Kw/ c(OH－)＞10-(14-a)，pH=-lgc(H+)<14-a，K2=c(N2H62+)c(OH－)/c(N2H5+)=1×10-b，所以c(N2H5+)=c(N2H62+)時(shí)，c(OH－) =1×10-b，c(H+)=Kw/c(OH－)=10-(14-b)，pH=-lgc(H+)=14-b，則c(N2H5+)＞c(N2H62+)時(shí)，c(OH－)<1×10-b，c(H+)=Kw/c(OH－)＞10-(14-b)，pH=-lgc(H+)<14-b，所以25℃時(shí)，向N2H4水溶液中加入H2SO4，欲使c(N2H5+)>c(N2H4)，同時(shí)c(N2H5+)>c(N2H62+)，應(yīng)控制溶液pH的范圍為(14-b，14-a)，故答案為：14－b<pH<14－a。