Question

【題目】合成氨技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑，其研究來自正確的理論指導(dǎo)，合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K值和溫度的關(guān)系如表：

溫 度（℃）	360	440	520
K值	0.036	0.010	0.0038

（1）①由上表數(shù)據(jù)可知該反應(yīng)為_____ （填放熱，吸熱，無法確定�。┓磻�(yīng)。

②下列措施能用勒夏特列原理解釋是_____（填序號）。

a．增大壓強有利于合成氨 b．使用合適的催化劑有利于快速生成氨

c．生產(chǎn)中需要升高溫度至500°C左右 d．需要使用過量的N2，提高H2轉(zhuǎn)化率

（2）0.2mol氨氣溶于水后再與含有0.2mol硫酸的溶液反應(yīng)放熱QkJ，請你用熱化學(xué)方程式表示其反應(yīng)式_____。

（3）常溫時，將amol氨氣溶于水后，再通入bmol氯化氫，溶液體積為1L，且c（NH4+）=c（Cl﹣），則一水合氨的電離平衡常數(shù)Kb=_____（用ab表示）。

（4）原料氣H2可通過反應(yīng) CH4（g）+H2O （g）CO（g）+3H2（g） 獲取，已知該反應(yīng)中，當(dāng)初始混合氣中的恒定時，溫度、壓強對平衡混合氣CH4含量的影響如圖所示：

①圖中，兩條曲線表示壓強的關(guān)系是：P1_____P2（填“＞”、“=”或“＜”）。

②其它條件一定，升高溫度，氫氣的產(chǎn)率會__（填“增大”，“減小”減小，“不變”不變）。

（5）原料氣H2還可通過反應(yīng)CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）獲取。

①T℃時，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應(yīng)達(dá)平衡后，測得CO的濃度為0.08molL﹣1，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K值為_____。

②保持溫度仍為T℃，容積體積為5L，改變水蒸氣和CO的初始物質(zhì)的量之比，充入容器進(jìn)行反應(yīng)，下列描述能夠說明體系處于平衡狀態(tài)的是_____（填序號）。

a．容器內(nèi)壓強不隨時間改變

b．混合氣體的密度不隨時間改變

c．單位時間內(nèi)生成a mol CO2的同時消耗a mol H2

d．混合氣中n（CO）：n（H2O）：n（CO2）：n（H2）=1：16：6：6

Answer 1

【答案】 放熱 ad NH3·H2O（aq）+H2SO4（aq）=NH4HSO4（aq）+H2O（l）△H=﹣5Q kJmol﹣1 ＜ 增大 2.25 cd

【解析】（1）本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、勒夏特列原理，①化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，根據(jù)表格數(shù)據(jù)，隨著溫度的升高，化學(xué)平衡常數(shù)降低，說明正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)；②勒夏特列原理是達(dá)到平衡，改變某一因素，平衡向消弱這一因素的方向移動，合成氨N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，a、組分都是氣體，反應(yīng)前氣體系數(shù)之和大于反應(yīng)后氣體系數(shù)，增大壓強，平衡向正反應(yīng)反應(yīng)方向移動，符合勒夏特列原理，故正確；b、催化劑對化學(xué)平衡無影響，不符合勒夏特列原理，故錯誤；c、合成氨是放熱反應(yīng)，升高溫度向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，溫度控制在500℃左右，使催化劑的催化效率達(dá)到最大，不符合勒夏特列原理，故錯誤；d、過量氮氣，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，符合勒夏特列原理，故正確；（2）考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫，注意從熱化學(xué)反應(yīng)方程式書寫的要求入手，兩者的物質(zhì)的量相等，生成的是NH4HSO4，消耗1molNH3時，產(chǎn)生熱量為Q/0.2kJ=5QkJ，注意是氨氣的水溶液，因此熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：NH3·H2O（aq）+H2SO4（aq）= NH4HSO4（aq）+H2O（l）△H=-5Q kJ·mol﹣1；（3）本題考查電離平衡常數(shù)的表達(dá)式，根據(jù)c(NH4＋)=c(Cl－)，應(yīng)從電荷守恒入手，即c(NH4＋)＋c(H＋)=c(OH－)＋c(Cl－)，因為c(NH4＋)=c(Cl－)，所以溶液顯中性，Kb=c(NH4＋)×c(OH－)/c(NH3·H2O)，c(NH4＋)=c(Cl－)=b/1mol·L－1=bmol·L－1，根據(jù)氮元素守恒，因此c(NH3·H2O)=(a－b)/1mol·L－1=(a－b)mol·L－1，代入上述表達(dá)式Kb=（b ×10－7）/( a- b)；（4）本題考查勒夏特列原理，①作等溫線，反應(yīng)前氣體系數(shù)之和小于反應(yīng)后氣體系數(shù)之和，增大壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，甲烷的含量增大，即P1<P2；②根據(jù)線的走向，隨著溫度升高，甲烷的體積分?jǐn)?shù)降低，說明平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，即正反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)，升高溫度，氫氣的產(chǎn)率增大；（5）本題考查化學(xué)平衡常數(shù)的計算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，①CO(g) + H2O(g) CO2 (g) + H2(g)

起始（mol·L－1） 0.2 0.2 0 0

變化 0.12 0.12 0.12 0.12

平衡 0.08 0.08 0.12 0.12 根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)定義，其表達(dá)式為K=c(H2)×c(CO2)/[c(CO)×c(H2O)]=0.122/0.082=2.25；a、因為反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和相等，壓強不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故錯誤；b、組分都是氣體，因此氣體質(zhì)量不變，容器是恒定，根據(jù)密度的定義，密度保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故錯誤；c、用不同物質(zhì)的反應(yīng)速率表示達(dá)到平衡，要求反應(yīng)方向一正一逆，且反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，消耗氫氣，說明反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，生成CO2，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，且等于化學(xué)計量數(shù)之比，反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；d、根據(jù)濃度商進(jìn)行計算，此時的濃度商為6×6/(16×1)=2.25，等于化學(xué)平衡常數(shù)，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確。