Question

【題目】氨可用于制取氨水、氮肥、硝酸、銨鹽、純堿等，因此被廣泛應(yīng)用于化工、輕工、化肥、制藥、合成纖維、塑料等行業(yè)．

（1）以甲烷為原料可制得合成氨用的氫氣，有關(guān)反應(yīng)的能量變化如下圖所示：

　

寫出CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CO(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式：_______________。

（2）已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)；△H= -94.4kJ·mol-1，在某容積為2L的恒容容器中發(fā)生合成氨反應(yīng)，體系中各物質(zhì)濃度隨時間變化的曲線如圖所示：

①前20min內(nèi)v(NH3)=________mol/(L·min)，放出的熱量為________。

②45min時采取的措施是________；時段III條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)為________（保留3位有效數(shù)字）。

（3）一定溫度下，將不同量的CO2、NH3分別通入某恒容密閉容器中進(jìn)行下列反應(yīng)：2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(l)+H2O(g)；△H＜0，得到如下數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	起始量/mol		平衡時的轉(zhuǎn)化率		平衡時氣體平均相對分子質(zhì)量
	NH3(g)	CO2(g)	NH3(g)	CO2(g)
1	2	1	a1	a2	M1
2	4	2	a3	a4	M2
3	n1	n2	a5	a6	M3

①a1________a4（填“＜”、“＝”或“＞”）；M1________ M2（填“＜”、“＝”或“＞”）。

②若a5>a6，則n1，n2必須滿足的關(guān)系是________。

（4）室溫時將氨通入500mL 0.1mol·L-1鹽酸中至pH=6，所得溶液中離子濃度由大到小的順序是____________________________________________。

（5）氨、空氣、KOH溶液可構(gòu)成燃料電池，反應(yīng)原理為4NH3+3O2=2N2+6H2O，反應(yīng)一段時間后，電解質(zhì)溶液的pH將________（填“增大”“減小”或“不變”）。

Answer 1

【答案】CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)；△H= +161.1kJ·mol-1 0.05 94.4 kJ 降溫 2.37 ＜ ＞ n1＜2n2 c(Cl-)＞c(NH4+)＞c(H＋)＞c(OH-) 減小

【解析】

（1）由圖示得到題給圖像已知熱化學(xué)方程式，由蓋斯定律計(jì)算可得；

（2）①由圖給數(shù)據(jù)和反應(yīng)速率公式計(jì)算；由生成氨氣的物質(zhì)的量和熱化學(xué)方程式計(jì)算；

②該反應(yīng)是一個氣體體積減小的放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動；依據(jù)圖給數(shù)據(jù)和平衡常數(shù)公式計(jì)算；

（3）當(dāng)投料比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率相等，由此分析；

（4）溶液呈酸性，溶液中c(H＋)＞c(OH-)，由溶液中存在的電荷守恒關(guān)系c(NH4＋)+c(H＋)=c(OH-)+ c(Cl-)可知，溶液中c(Cl-)＞c(NH4＋)；

（5）由于電解質(zhì)溶液為堿性，放電時生成水，相當(dāng)于稀釋了KOH溶液。

（1）由圖可知，①②③的反應(yīng)物能量都高于生成物能量，所以三個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)；已知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)；△H1= -846.3 kJ·mol-1，②CO(g)+O2(g)=CO2(g)；△H2= -282 kJ·mol-1，③O2(g)+H2(g)=H2O(g)；△H3= -241.8 kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律①-②-③×3可以得到的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)；ΔH=△H1-△H2-3△H3=(-846.3kJ·mol-1)-(-282kJ·mol-1)-3×(-241.8kJ·mol-1)= +161.1kJ·mol-1，故答案為CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)；△H= +161.1kJ·mol-1；

（2）①由圖可知，20min時生成c(NH3)=1mol/L，則v(NH3)==0.05mol/(L·min)；反應(yīng)生成n(NH3)=1mol/L×2L=2mol，則放出的熱量為94.4kJ，故答案為0.05；94.4 kJ；

②由圖可知，45min瞬間時，各物質(zhì)濃度不變，45min后氨的濃度增大，氮?dú)夂蜌錃鉂舛葴p小，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，該反應(yīng)是一個氣體體積減小的放熱反應(yīng)，則所采取的措施只能是降溫；時段Ⅲ條件下反應(yīng)達(dá)到平衡時，氨氣濃度為0.50mol/L，氫氣濃度為0.75 mol/L，氮?dú)鉂舛葹?/span>0.25mol/L，則化學(xué)平衡常數(shù)K===2.37，故答案為降溫；2.37；

（3）①當(dāng)投料比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率相等，實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2投料比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則a1=a2，a3=a4，由實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2投料比可知，恒容條件下實(shí)驗(yàn)組2相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)組1的加壓，該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向化學(xué)計(jì)量數(shù)減小的方向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，a1＜a4；反應(yīng)前氣體平均相對分子質(zhì)量為(×17+×44)=26，若反應(yīng)完全進(jìn)行所得氣體的相對分子質(zhì)量為18，加壓，平衡正向移動，則氣體平均相對分子質(zhì)量減小，M1＞M2，故答案為＜；＞；

②當(dāng)投料比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率相等，若a5＞a6，則n1，n2必須滿足的關(guān)系是n1＜2n2，故答案為n1＜2n2；

（4）室溫時將氨通入500mL 0.1mol·L-1鹽酸中至pH=6，溶液呈酸性，溶液中c(H＋)＞c(OH-)，由溶液中存在的電荷守恒關(guān)系c(NH4＋)+c(H＋)=c(OH-)+ c(Cl-)可知，溶液中c(Cl－) ＞c(NH4＋)，

則所得溶液中離子濃度由大到小的順序是c(Cl-)＞c(NH4＋)＞cH＋)＞c(OH-)，故答案為c(Cl-)＞c(NH4＋)＞c(H＋)＞c(OH-)；

（5）由于電解質(zhì)溶液為堿性，放電時生成水，相當(dāng)于稀釋了KOH溶液，故放電一段時間后溶液pH減小，故答案為減小。