Question

2．在某温度下，工业合成氨反应N₂+3H₂ $?_{催化剂}^{高温、高压}$2NH₃（正反应放热），把氮气和氢气以1：1的物质的量之比混匀后分成两等份，同时分别充入A体积和B体积两个装有催化剂的真空容器中（A、B两容器的容积固定），在保持相同温度的条件下，A、B两个容器的合成氨反应先后达到平衡状态．请回答：
（1）写出该反应的平衡常数表达式$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}]×[{H}_{2}]^{3}}$，K_A等于K_B（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
（2）欲增大该反应K值，可以采取的措施为B
A  升高温度     B  降低温度     C  增大N₂、H₂的浓度    D  使用高效的催化剂
（3）分析以下表中数据后，完成下列问题[M_（平）表示平衡时混合物的平均相对分子质量]

	容器A	容器B
M（平）	16.7
平衡时N2的转化率		20%

达平衡时，容器A中N₂的转化率为10%，容器B中M_（平）为18.75，容器A（选填“A”或“B”）体积更大．
（4）常温下将氨气溶于水配成0.1mol/L的氨水100mL，此时溶液中$\frac{[{H}^{+}]}{[O{H}^{-}]}$=10^-8，则溶液中NH₃•H₂O的电离程度用电离度表示为1%，水电离出的c（OH^-）=10^-11mol/L，再向溶液中加水稀释到1L，所得溶液中$\frac{[{H}^{+}]}{[O{H}^{-}]}$增大（填“增大、不变、减小或不确定”）
（5）已知三种酸的电离平衡常数如下表，浓度均为0.1mol/L的NaCN溶液、Na₂CO₃溶液、NaHCO₃溶液和CH₃COONa溶液的pH值分别为a、b、c、d，则a、b、c、d按从大到小的顺序排列为b＞a＞c＞d，写出向NaCN溶液中通入少量CO₂气体的离子方程式为CN^-+CO₂+H₂O=HCN+HCO₃^-．

化学式	电离常数（298K）
氢氰酸	K=4.5×10-10
碳酸	K1=4.4×10-7 K2=4.7×10-11
醋酸	K=1.75×10-5

Answer 1

分析 （1）平衡常数是：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物浓度系数次幂乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比；平衡常数只受温度影响，温度相同，则平衡常数相等；
（2）平衡常数只受温度影响，正反应为放热反应，欲增大该反应K值，只能是降低温度使平衡正向移动；
（3）设氮气、氢气均为1mol，A中平衡时M_（平）=16.7，则混合气体总物质的量为$\frac{1mol×28g/mol+1mol×2g/mol}{16.7g/mol}$≈1.8mol，混合气体减小2mol-1.8mol=0.2mol，由方程式中气体差量可知消耗的氮气为0.2mol×$\frac{1}{2}$=0.1mol，进而计算氮气转化率；
B中平衡时氮气转化率为20%，则转化的氮气为0.2mol，由方程式中气体差量可知混合气体减小物质的量为0.2mol×2=0.4mol，故混合气体总物质的量为2mol-0.4mol=1.6mol，再根据$\overline{M}$=$\frac{{m}_{总}}{{n}_{总}}$计算平均相对分子质量；
B中转化反应物转化率程度大，说明B中正向进行程度大，则起始时B中压强应小于A中，恒温下，压强与体积成反比；
（4）0.1mol/L的氨水溶液中$\frac{[{H}^{+}]}{[O{H}^{-}]}$=10^-8，由于Kw=c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14，联立可得：c（OH^-）=10^-3mol/L，电离的氨水浓度为10^-3mol/L，进而计算NH₃•H₂O的电离度；溶液中水电离的氢氧根离子浓度等于溶液中氢离子浓度；再向溶液中加水稀释到1L，碱性减弱，溶液中氢离子浓度增大，氢氧根离子浓度减小；
（5）由电离常数可知，酸性：CH₃COOH＞H₂CO₃＞HCN＞HCO₃^-，酸性越弱对应盐的水解程度越大，溶液pH越大；NaCN溶液中通入少量CO₂气体生成HCN与NaHCO₃．

解答 解：（1）N₂+3H₂?2NH₃的平衡常数K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}]×[{H}_{2}]^{3}}$；A、B两容器内温度相同，平衡常数只受温度影响，温度相同，则K_A=K_B，故答案为：$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}]×[{H}_{2}]^{3}}$；等于；
（2）平衡常数只受温度影响，正反应为放热反应，欲增大该反应K值，只能是降低温度使平衡正向移动，故答案为：B；
（3）设氮气、氢气均为1mol，A中平衡时M_（平）=16.7，则混合气体总物质的量为$\frac{1mol×28g/mol+1mol×2g/mol}{16.7g/mol}$≈1.8mol，混合气体减小2mol-1.8mol=0.2mol，由方程式中气体差量可知消耗的氮气为0.2mol×$\frac{1}{2}$=0.1mol，则氮气转化率为$\frac{0.1mol}{1mol}$×100%=10%；
B中平衡时氮气转化率为20%，则转化的氮气为0.2mol，由方程式中气体差量可知混合气体减小物质的量为0.2mol×2=0.4mol，故混合气体总物质的量为2mol-0.4mol=1.6mol，平均相对分子质量为$\frac{1×28+1×2}{1.6}$=18.75；
B中转化反应物转化率程度大，说明B中正向进行程度大，则起始时B中压强应大于A中，恒温下，压强与体积成反比，故容器A体积更大，
故答案为：10%；18.75；A；
（4）0.1mol/L的氨水溶液中$\frac{[{H}^{+}]}{[O{H}^{-}]}$=10^-8，由于Kw=c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14，联立可得：c（OH^-）=10^-3mol/L，电离的氨水浓度为10^-3mol/L，则溶液中NH₃•H₂O的电离度为$\frac{1{0}^{-3}}{0.1}$×100%=1%，联立可得溶液中c（H⁺）=10^-11mol/L，则水电离出的c（OH^-）=10^-11mol/L，再向溶液中加水稀释到1L，碱性减弱，溶液中氢离子浓度增大，氢氧根离子浓度减小，所得溶液中$\frac{[{H}^{+}]}{[O{H}^{-}]}$值增大，
故答案为：1；10^-11mol/L；增大；
（5）由电离常数可知，酸性：CH₃COOH＞H₂CO₃＞HCN＞HCO₃^-，酸性越弱对应盐的水解程度越大，溶液pH越大，则NaCN溶液、Na₂CO₃溶液、NaHCO₃溶液和CH₃COONa溶液的pH值：Na₂CO₃＞NaCN＞NaHCO₃＞CH₃COONa，即b＞a＞c＞d，NaCN溶液中通入少量CO₂气体生成HCN与NaHCO₃，反应离子方程式为：CN^-+CO₂+H₂O=HCN+HCO₃^-，
故答案为：b＞a＞c＞d；CN^-+CO₂+H₂O=HCN+HCO₃^-．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡常数、弱电解质电离、电离平衡常数等，（5）中关键是根据电离平衡常数判断酸性强弱，难度中等．