Question

【题目】合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，其研究来自正确的理论指导，合成氨反应的平衡常数K值和温度的关系如表：

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

（1）①由上表数据可知该反应为_____ （填放热，吸热，无法确定　）反应。

②下列措施能用勒夏特列原理解释是_____（填序号）。

a．增大压强有利于合成氨 b．使用合适的催化剂有利于快速生成氨

c．生产中需要升高温度至500°C左右 d．需要使用过量的N2，提高H2转化率

（2）0.2mol氨气溶于水后再与含有0.2mol硫酸的溶液反应放热QkJ，请你用热化学方程式表示其反应式_____。

（3）常温时，将amol氨气溶于水后，再通入bmol氯化氢，溶液体积为1L，且c（NH4+）=c（Cl﹣），则一水合氨的电离平衡常数Kb=_____（用ab表示）。

（4）原料气H2可通过反应 CH4（g）+H2O （g）CO（g）+3H2（g） 获取，已知该反应中，当初始混合气中的恒定时，温度、压强对平衡混合气CH4含量的影响如图所示：

①图中，两条曲线表示压强的关系是：P1_____P2（填“＞”、“=”或“＜”）。

②其它条件一定，升高温度，氢气的产率会__（填“增大”，“减小”减小，“不变”不变）。

（5）原料气H2还可通过反应CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）获取。

①T℃时，向容积固定为5L的容器中充入1mol水蒸气和1mol CO，反应达平衡后，测得CO的浓度为0.08molL﹣1，该温度下反应的平衡常数K值为_____。

②保持温度仍为T℃，容积体积为5L，改变水蒸气和CO的初始物质的量之比，充入容器进行反应，下列描述能够说明体系处于平衡状态的是_____（填序号）。

a．容器内压强不随时间改变

b．混合气体的密度不随时间改变

c．单位时间内生成a mol CO2的同时消耗a mol H2

d．混合气中n（CO）：n（H2O）：n（CO2）：n（H2）=1：16：6：6

Answer 1

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

【解析】（1）本题考查化学平衡常数、勒夏特列原理，①化学平衡常数只受温度的影响，根据表格数据，随着温度的升高，化学平衡常数降低，说明正反应方向是放热反应；②勒夏特列原理是达到平衡，改变某一因素，平衡向消弱这一因素的方向移动，合成氨N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，a、组分都是气体，反应前气体系数之和大于反应后气体系数，增大压强，平衡向正反应反应方向移动，符合勒夏特列原理，故正确；b、催化剂对化学平衡无影响，不符合勒夏特列原理，故错误；c、合成氨是放热反应，升高温度向逆反应方向进行，温度控制在500℃左右，使催化剂的催化效率达到最大，不符合勒夏特列原理，故错误；d、过量氮气，平衡向正反应方向进行，氢气的转化率增大，符合勒夏特列原理，故正确；（2）考查热化学反应方程式的书写，注意从热化学反应方程式书写的要求入手，两者的物质的量相等，生成的是NH4HSO4，消耗1molNH3时，产生热量为Q/0.2kJ=5QkJ，注意是氨气的水溶液，因此热化学反应方程式为：NH3·H2O（aq）+H2SO4（aq）= NH4HSO4（aq）+H2O（l）△H=-5Q kJ·mol﹣1；（3）本题考查电离平衡常数的表达式，根据c(NH4＋)=c(Cl－)，应从电荷守恒入手，即c(NH4＋)＋c(H＋)=c(OH－)＋c(Cl－)，因为c(NH4＋)=c(Cl－)，所以溶液显中性，Kb=c(NH4＋)×c(OH－)/c(NH3·H2O)，c(NH4＋)=c(Cl－)=b/1mol·L－1=bmol·L－1，根据氮元素守恒，因此c(NH3·H2O)=(a－b)/1mol·L－1=(a－b)mol·L－1，代入上述表达式Kb=（b ×10－7）/( a- b)；（4）本题考查勒夏特列原理，①作等温线，反应前气体系数之和小于反应后气体系数之和，增大压强，平衡向逆反应方向移动，甲烷的含量增大，即P1<P2；②根据线的走向，随着温度升高，甲烷的体积分数降低，说明平衡向正反应方向进行，即正反应方向是吸热反应，升高温度，氢气的产率增大；（5）本题考查化学平衡常数的计算、化学平衡状态的判断，①CO(g) + H2O(g) CO2 (g) + H2(g)

起始（mol·L－1） 0.2 0.2 0 0

变化 0.12 0.12 0.12 0.12

平衡 0.08 0.08 0.12 0.12 根据化学平衡常数定义，其表达式为K=c(H2)×c(CO2)/[c(CO)×c(H2O)]=0.122/0.082=2.25；a、因为反应前后气体系数之和相等，压强不变，不能说明反应达到平衡，故错误；b、组分都是气体，因此气体质量不变，容器是恒定，根据密度的定义，密度保持不变，不能说明反应达到平衡，故错误；c、用不同物质的反应速率表示达到平衡，要求反应方向一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，消耗氢气，说明反应向正反应方向进行，生成CO2，说明反应向逆反应方向进行，且等于化学计量数之比，反应达到平衡，故正确；d、根据浓度商进行计算，此时的浓度商为6×6/(16×1)=2.25，等于化学平衡常数，说明反应达到平衡，故正确。