Question

18．（1）氨是氮循环中的重要物质，氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法．
（1）已知：H-H键能为436KJ•mol^-1，N≡N键能为945KJ•mol^-1，N-H键能为391KJ•mol^-1．写出合成氨反应的热化学方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1
（2）可逆反应N₂+3H₂?2NH₃在恒容密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是②⑤
①单位时间内生成n mo1N₂的同时生成3n mol H₂
②单位时间内1个N≡N键断裂的同时，有6个N-H键断裂
③容器中N₂、H₂、NH₃的物质的量为1：3：2
④常温下，混合气体的密度不再改变的状态
⑤常温下，混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
（3）恒温下，往一个2L的密闭容器中充入2.6mol H₂和1mol N₂，反应过程中对NH₃的浓度进行检测，得到的数据如下表所：

时间/min	5	10	15	20	25	30
C（NH3）/mol•L-1	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

5min内，消耗N₂的平均反应速率为0.008mol/（L．min）；此条件下该反应的化学平衡常数K=0.1；反应达到平衡后，若往平衡体系中加入H₂、N₂和NH₃各2mol，化学平衡将向逆反应（填“正反应”或“逆反应”）方向移动．
（4）氨是氮肥工业的重要原料．某化肥厂以天然石膏矿（主要成分CaSO₄）为原料生产铵态氮肥（NH₄）₂SO₄，（已知Ksp（CaSO₄）=7.10×10^-5  Ksp（CaCO₃）=4.96×10^-9）其工艺流程如下：
请写出制备（NH₄）₂SO₄的反应方程式：CaSO₄+（NH₄）₂CO₃=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓；并利用有关数据简述上述反应能发生的原因因为Ksp（CaSO₄）=7.10×10^-5＞Ksp（CaCO₃）=4.96×10^-9．

Answer 1

分析 （1）反应热=反应物总键能-生成物总键能，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（2）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（3）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NH₃），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（N₂）；
恒温下，往一个2L的密闭容器中充入2.6mol H₂和1mol N₂，20min处于平衡状态，平衡时NH₃浓度为0.2mol/L，则：
               N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）：0.5     1.3       0
变化量（mol/L）：0.1    0.3       0.2
平衡量（mol/L）：0.4    1         0.2
平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
计算浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＞K，反应向逆反应进行，若Qc＜K，反应向正反应进行；
（4）由流程图可知，硫酸钙、氨气、二氧化碳转化为（NH₄）₂SO₄与CaCO₃，CaCO₃分解生成的二氧化碳循环利用，反应利用溶解度大转化为溶解度更小沉淀转化原理．

解答 解：（1）反应发生：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），则△H=945KJ•mol^-1+3×436KJ•mol^-1-6×391KJ•mol^-1=-93 KJ•mol^-1，反应热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1；
（2）①单位时间内生成n mo1N₂的同时生成3n mol H₂，均表示逆反应速率，反应始终按该比例关系进行，故①错误；
②单位时间内1个N≡N键断裂的同时，有6个N-H键断裂，而1个N≡N键断裂的同时生成6个N-H键，氨气的生成与消耗速率相等，反应到达平衡，故②正确；
③容器中N₂、H₂、NH₃的物质的量关系与氮气、氢气起始物质的量及转化率有关，不一定为1：3：2，故③错误；
④混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度始终不变，故④错误；
⑤混合气体总质量不变，随反应进行混合气体总物质的量进行，平均相对分子质量增大，混合气体的平均相对分子质量不再改变，说明到达平衡状态，故⑤正确，
故选：②⑤；
（3）5min内，△c（NH₃）=0.08mol/L，则v（NH₃）=$\frac{0.08mol/L}{5min}$=0.016mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（NH₃）=0.008mol/（L．min）；
恒温下，往一个2L的密闭容器中充入2.6mol H₂和1mol N₂，20min处于平衡状态，平衡时NH₃浓度为0.2mol/L，则：
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）：0.5   1.3       0
变化量（mol/L）：0.1  0.3       0.2
平衡量（mol/L）：0.4   1        0.2
平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0.4×{1}^{3}}$=0.1；
浓度商Qc=$\frac{（0.2+\frac{2}{2}）^{2}}{（0.4+\frac{2}{2}）×（1+\frac{2}{2}）^{3}}$=0.13＞K=0.1，反应向逆反应进行，
故答案为：0.008mol/（L．min）；0.1；逆反应；
（4）由流程图可知，硫酸钙、氨气、二氧化碳转化为（NH₄）₂SO₄与CaCO₃，CaCO₃分解生成的二氧化碳循环利用，制备（NH₄）₂SO₄的反应方程式：CaSO₄+（NH₄）₂CO₃=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃，上述反应能发生的原因：因为Ksp（CaSO₄）=7.10×10^-5＞Ksp（CaCO₃）=4.96×10^-9，
故答案为：CaSO₄+（NH₄）₂CO₃=（NH₄）₂SO₄+CaCO₃↓；因为Ksp（CaSO₄）=7.10×10^-5＞Ksp（CaCO₃）=4.96×10^-9．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、反应速率计算、平衡常数、热化学方程式书写、沉淀转化等，题目比较综合，涉及知识点比较多，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，难度中等．