Question

氨是一种重要的化工产品．其合成原理为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1；
         4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ?mol^-1
         2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
   则N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=

 

．
（2）合成氨反应中平衡混合物中氨气的体积分数与压强、温度的关系如图．若曲线a对应的温度为500℃，则曲线b对应的温度可能是

 

．
A.600℃B.550℃C.500℃D.450℃
（3）合成氨所需的氢气可由甲烷与水反应制备．发生反应为：CH₄（g）+H₂O（g）

催化剂

加热

CO（g）+3H₂（g）；△H＞0
在一定温度下，在1L容器中发生上述反应，各物质的物质的量浓度变化如下表：

t/min	CH4（mol?L-1）	H2O（mol?L-1）	CO（mol?L-1）	H2（mol?L-1）
0	0.2	0.3	0	0
2	n1	n2	n3	0.3
3	n1	n2	n3	0.3
4	0.09	0.19	x	0.33

①表中x=

 

mol?L^-1；前2min内CH₄的平均反应速率为

 

．
②反应在3～4min之间，氢气的物质的量增多的原因可能是

 

（填代号）
A．充入水蒸汽B．升高温度C．使用催化剂D．充入氢气
（4）已知：Kw(H2O)=1.0×10-14、Ksp[A1(OH)3]=1.3×10-33、Kb(NH3?H2O)=1.7×10^-5，NH4++[A1(OH)4]-=A1(OH)3↓+NH3?H2O．向含有等物质的量NH4+、A13+、H+的混合溶液中慢慢加NaOH溶液，直至过量，并不断搅拌，依次发生了数个离子反应，其中：第二个离子反应的离子方程式是

 

，最后一个离子反应的离子方程式是

 

．

Answer 1

分析：（1）根据盖斯定律构造目标热化学方程式，据此计算；
（2）合成氨是放热反应，压强一定，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的含量降低；
（3）由2min、3min氢气的浓度可知，2min达平衡状态，则：
            CH₄（g）+H₂O（g）

催化剂

加热

CO（g）+3H₂（g）；
开始（mol/L）：0.2      0.3         0      0
变化（mol/L）：0.1      0.1         0.1    0.3
平衡（mol/L）：0.1      0.2         0.1    0.3
4min时，甲烷、水蒸气、氢气的浓度变化分别为0.01、0.01、0.03，等于化学计量数之比，应是升高温度平衡向正反应方向移动，
根据氢气的浓度变化量，利用浓度变化量之比等于化学计量数之比计算CO的浓度；
根据v=

△c

△t

计算v（H₂），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（CH₄）；
（4）令溶液中Al³⁺、H⁺的浓度都为1mol/L，则平衡时对应氢氧根离子的浓度分别为10^-11、10^-14，故H⁺先与氢氧根离子反应；水与一水合氨的电离结构类似，一水合氨的电离常数大，故NH₄⁺结合OH^-的能力比H⁺弱，由NH₄⁺+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+NH₃?H₂O可知，NH₄⁺结合OH^-的能力比Al（OH）₃，比Al³⁺弱，据此解答．

解答：解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1；
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ?mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
根据盖斯定律，③×

3

2

+①-②×

1

2

得N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）故△H=

3

2

×（-483.6kJ?mol^-1）+180.5kJ?mol^-1-

1

2

×（-905kJ?mol^-1）=-92.4kJ?mol^-1，
故答案为：-92.4kJ?mol^-1；
（2）合成氨是放热反应，压强一定，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的含量降低，由图象可知，曲线b表示氨气的含量高，故曲线b对应的温度应低于500℃，
故答案为：D；
（3）由2min、3min氢气的浓度可知，2min达平衡状态，则：
            CH₄（g）+H₂O（g）

催化剂

加热

CO（g）+3H₂（g）；
开始（mol/L）：0.2      0.3         0      0
变化（mol/L）：0.1      0.1         0.1    0.3
平衡（mol/L）：0.1      0.2         0.1    0.3
4min时，甲烷、水蒸气、氢气的浓度变化分别为0.01、0.01、0.03，等于化学计量数之比，应是升高温度平衡向正反应方向移动，
①4min时氢气的浓度变化量为0.33mol/L，故CO的浓度变化量x=0.33mol/L×

1

3

=0.11mol/L；
2min内v（H₂）=

0.3mol

2min

=0.15mol/（L?min），速率之比等于化学计量数之比，故v（CH₄）=

1

3

v（H₂）=

1

3

×0.15mol/（L?min）=0.05mol/（L?min），
故答案为：0.11；0.05mol/（L?min）；
②由上述分析可知，4min时，甲烷、水蒸气、氢气的浓度变化分别为0.01、0.01、0.03，等于化学计量数之比，应是升高温度平衡向正反应方向移动，
故答案为：B；
（4）令溶液中Al³⁺、H⁺的浓度都为1mol/L，则平衡时对应氢氧根离子的浓度分别为10^-11、10^-14，故H⁺先与氢氧根离子反应；水与一水合氨的电离结构类似，一水合氨的电离常数大，故NH₄⁺结合OH^-的能力比H⁺弱，由NH₄⁺+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+NH₃?H₂O可知，NH₄⁺结合OH^-的能力比Al（OH）₃，比Al³⁺弱，即结合OH^-的能力H⁺＞Al³⁺＞NH₄⁺＞Al（OH）₃，故第二个离子反应的离子方程式是Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，最后一个离子反应的离子方程式是Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-，
故答案为：Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓；Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-．

点评：本题考查反应热计算、化学平衡的有关计算、平衡常数的应用等，题目综合性较大，难度较大，（4）中判断4min时改变条件是关键，（4）注意根据平衡常数、离子方程式判断结合氢氧根离子的能力强弱．