Question

15．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，氨是最重要的氮肥，是产量最大的化工产品之一．其工业合成原理为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．在密闭容器中，使2mol N₂和6mol H₂混合发生以上反应．
（1）当反应达到平衡时，N₂和H₂的浓度比是1：3，N₂和H₂的转化率比是1：1．
（2）升高平衡体系的温度（保持体积不变），混合气体的平均相对分子质量变小（填“变大”“变小”或“不变”）．
（3）当达到平衡时，充入氩气并保持压强不变，平衡将逆向（填“正向”“逆向”或“不”）移动．
（4）若容器恒容、绝热，加热使容器内温度迅速升至原来的2倍，平衡将向左移动（填“向左移动”“向右移动”或“不移动”）．达到新平衡后，容器内温度小于（填“大于”“小于”或“等于”）原来的2倍．
（5）如图表示工业500℃、60.0MPa条件下合成氨，原料气投料比与平衡时NH₃体积分数的关系．根据图中a点数据计算N₂的平衡体积分数：14.5%．
（6）在25℃下，将a mol•L^-1的氨水与0.01mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应平衡时溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）；用含a的代数式表示NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{10-9}{a-0.01}$．

Answer 1

分析 （1）N₂、H₂起始物质的量之比等于化学计量数之比，则平衡时N₂、H₂物质的量浓度之比等于化学计量数之比，转化率相等；
（2）该反应的正反应是放热反应，升高平衡体系的温度，平衡逆向移动，则混合气体物质的量增大，混合气体质量不变，根据M=$\frac{m}{n}$判断其相对分子质量变化；
（3）当达到平衡时，充入氩气并保持压强不变，导致反应物和生成物的分压减小，平衡向气体体积增大方向移动；
（4）该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡向吸热方向移动；逆向移动导致吸收部分热量；
（5）a点反应前氢气和氮气的物质的量之比为3：1，平衡时氨气体积分数为42%，相同条件下物质的体积分数等于其物质的量分数，
设参加反应的氢气、氮气物质的量分别为3mol、1mol，平衡时氮气的物质的量为xmol，
        N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始（mol）1      3        0
反应（mol）1-x   3（1-x）   2（1-x）
平衡（mol）x     3x       2（1-x）
氨气的体积分数等于其物质的量分数=$\frac{2（1-x）mol}{（x+3x+2-2x）mol}$×100%=42%
x=$\frac{29}{71}$，
氮气的体积分数=$\frac{xmol}{（x+3x+2-2x）mol}×100%$；
（6）混合溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），根据电荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-），溶液呈中性，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，二者混合后溶液体积增大一倍，则c（Cl^-）变为原来的一半，为0.005mol/L，混合溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，一水合氨电离平衡常数Kb=$\frac{c（O{H}^{-}）．c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$．

解答 解：（1）N₂、H₂起始物质的量之比等于化学计量数之比，则平衡时N₂、H₂物质的量浓度之比等于化学计量数之比为1：3，转化率相等，所以其转化率之比为1：1，
故答案为：1：3；1：1；
（2）该反应的正反应是放热反应，升高平衡体系的温度，平衡逆向移动，则混合气体物质的量增大，混合气体质量不变，M=$\frac{m}{n}$知其相对分子质量变小，故答案为：变小；
（3）当达到平衡时，充入氩气并保持压强不变，导致反应物和生成物的分压减小，平衡向气体体积增大方向移动，则平衡逆向移动，故答案为：逆向移动；
（4）该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡向吸热方向移动，所以平衡向左移动；逆向移动导致吸收部分热量，则达到新平衡后，容器内温度小于原来的2倍，
故答案为：向左移动；小于；
（5）a点反应前氢气和氮气的物质的量之比为3：1，平衡时氨气体积分数为42%，相同条件下物质的体积分数等于其物质的量分数，
设参加反应的氢气、氮气物质的量分别为3mol、1mol，平衡时氮气的物质的量为xmol，
        N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始（mol）1      3        0
反应（mol）1-x   3（1-x）   2（1-x）
平衡（mol）x     3x       2（1-x）
氨气的体积分数等于其物质的量分数=$\frac{2（1-x）mol}{（x+3x+2-2x）mol}$×100%=42%
x=$\frac{29}{71}$，
氮气的体积分数=$\frac{xmol}{（x+3x+2-2x）mol}×100%$=$\frac{\frac{29}{71}mol}{2（1+\frac{29}{71}）mol}$×100%=14.5%，
故答案为：14.5%；
（6）混合溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），根据电荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-），溶液呈中性，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，二者混合后溶液体积增大一倍，则c（Cl^-）变为原来的一半，为0.005mol/L，混合溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，一水合氨电离平衡常数Kb=$\frac{c（O{H}^{-}）．c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}×0.005}{（\frac{a}{2}-0.005）}$=$\frac{10-9}{a-0.01}$，故答案为：$\frac{10-9}{a-0.01}$．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡影响因素、弱电解质的电离等知识点，侧重考查学生计算及知识运用能力，注意三段式法在化学平衡计算中的灵活运用，难点是（6）题计算，注意二者混合时溶液体积增大一倍导致物质浓度降为原来的一半，为易错点．