Question

12．氯氨是氯气遇到氨气反应生成的一类化合物，是常用的饮用水二级消毒剂，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺（NH₂C1、NHC1₂和NC1₃），副产物少于其它水消毒剂．
回答下列问题：
（1）①一氯胺（NH₂Cl）的电子式为．
②工业上可利用反应Cl₂（g）+NH₃（g）═NH₂Cl（l）+HCl（g）制备一氯胺，已知部分化学键的键能如下表所示（假设不同物质中同种化学键的链能相同），则该反应的△H=+11.3 kJ/mol．

化学键	N-H	Cl-Cl	N-Cl	H-Cl
键能（kJ/mol）	391.3	243.0	191.2	431.8

③一氯胺是重要的水消毒剂，其原因是由于一氯胺在中性、酸性环境中会发生水解，生成具有强烈杀菌作用的物质，该反应的化学方程式为．
（2）用Cl₂和NH₃反应制备二氯胺的方程式为2Cl₂（g）+NH₃（g）?NHCl₂（l）+2HCl（g），向容积均为1L的甲、乙两个恒温（反应温度分别为400℃、T℃）容器中分别加入2mol C1₂和2mol NH₃，测得各容器中n（Cl₂）随反应时间t的变化情况如下表所示：

t/min	0	40	80	120	160
n（Cl2）（甲容器）/mol	2.00	1.50	1.10	0.80	0.80
n（Cl2）（乙容器）/mol	2.00	1.45	1.00	1.00	1.00

①甲容器中，0～40min内用NH₃的浓度变化表示的平均反应速率v（NH₃）=6.25×10^-8mol•L^-1•min^-1．
②该反应的△H＜ 0（填“＞”或“＜”），理由是温度越高，反应速率越快，平衡向吸热反应方向移动，其他条件相同时，T℃时的反应速率比400℃时的反应速率快，且乙容器中平衡时Cl₂的转化率比甲容器中Cl₂的转化率小．
③对该反应，下列说法正确的是AB  （填选项字母）．
A．若容器内气体密度不变，则表明反应达到平衡状态
B．若容器内C1₂和NH₃物质的量之比不变，则表明反应达到平衡状态
C．反应达到平衡后，其他条件不变，在原容器中充入一定量氦气，Cl₂的转化率增大
D．反应达到平衡后，其他条件不变，加入一定量的NHCl₂，平衡向逆反应方向移动
（3）在恒温条件下，2molCl₂和1molNH₃发生反应2Cl₂（g）+NH₃（g）?NHCl₂（l）+2HCl（g），测得平衡时Cl₂和HCl的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示：
①A、B、C三点中Cl2转化率最高的是B  点（填“A”“B”或“C”）．
②计算C点时该反应的压强平衡常数K_p（C）=0.5MPa（K_p是平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）

Answer 1

分析 （1）①一氯胺（NH₂Cl）为共价化合物，氮原子与氢原子、氯原子之间形成1对共用电子对；
②氯胺（NH₂Cl）为共价化合物，NH₃（g）+Cl₂（g）=NH₂Cl（g）+HCl（g），△H=反应物的键能之和-生成物的键能之和；
③一氯胺是重要的水消毒剂，其原因是由于一氯胺在中性、酸性环境中会发生水解生成氨气和次氯酸；
（2）①反应速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②根据数据，在400℃时，甲容器，平衡后0.8mol，乙容器中1.00mol，达到平衡时间短说明反应速率大，乙中剩余氯气应少，但氯气增多说明温度升高影响平衡逆向进行；
③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再变化说明到达平衡；
（3）①反应前后气体体积减小，生成氯化氢越多，氯气转化率越大；
②C点HCl和Cl₂浓度相同，结合三行计算列式得到平衡状态下物质的物质的量，分压=总压×物质的量分数，K_p是平衡分压代替平衡浓度计算；

解答 解：（1）①氮原子与氢原子、氯原子之间形成1对共用电子对，电子式为，
故答案为：；
②NH₃（g）+Cl₂（g）=NH₂Cl（l）+HCl（g），△H=反应物的键能之和-生成物的键能之和=（3×391.3+243.0）-（2×391.3+191.2+431.8）=+11.3 kJ•mol^-1，
故答案为：+11.3 kJ/mol；
③一氯胺是重要的水消毒剂，其原因是由于一氯胺在中性、酸性环境中会发生水解，生成具有强烈杀菌作用的物质，该反应的化学方程式为NH₂Cl+H₂O?NH₃+HClO，
故答案为：NH₂Cl+H₂O?NH₃+HClO；
（2）①6.25×10^-8mol•L^-1•min^-1；
②根据数据，在400℃时，甲容器，平衡后0.8mol，乙容器中1.00mol，达到平衡时间短说明反应速率大，乙中剩余氯气应少，但氯气增多说明温度升高影响平衡逆向进行，逆向为吸热反应，正向为放热反应，△H＜0，温度越高，反应速率越快，平衡向吸热反应方向移动，其他条件相同时，T℃时的反应速率比400℃时的反应速率快，且乙容器中平衡时Cl₂的转化率比甲容器中Cl₂的转化率小，
故答案为：＜； 温度越高，反应速率越快，平衡向吸热反应方向移动，其他条件相同时，T℃时的反应速率比400℃时的反应速率快，且乙容器中平衡时Cl2的转化率比甲容器中Cl₂的转化率小；
③2Cl₂（g）+NH₃（g）?NHCl₂（l）+2HCl（g），
A．反应前后气体质量变化，气体体积不变，若容器内气体密度不变，则表明反应达到平衡状态，故A正确；
B．向容积均为1L的甲、乙两个恒温（反应温度分别为400℃、T℃）容器中分别加入2mol C1₂和2mol NH₃，若容器内C1₂和NH₃物质的量之比不变，说明此时物质浓度不变，则表明反应达到平衡状态，故B正确；
C．反应达到平衡后，其他条件不变，在原容器中充入一定量氦气，总压增大分压不变，平衡不变，Cl₂的转化率不变，故C错误；
D．反应达到平衡后，其他条件不变，加入一定量的NHCl₂，为液体不影响此平衡的移动，故D错误；
故答案为：AB；
（3）①2Cl₂（g）+NH₃（g）?NHCl₂（l）+2HCl（g），反应前后气体体积减小，气体压强减小，测得平衡时Cl₂和HCl的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示，三点中B点HCl最多，则B点氯气转化率最大，
故答案为：B；
②设反应氨气物质的量x，
                    2Cl₂（g）+NH₃（g）?NHCl₂（l）+2HCl（g），
起始量（mol）  2                1                  0                   0
变化量（mol） 2x              x                  x                 2x
平衡量（mol）2-2x           1-x                 x                  2x
2-2x=2x
x=0.5mol，
总物质的量=3-3x+2x=3-x=2.5mol，总压强为10MPa
平衡分压代替平衡浓度计算C点时该反应的压强平衡常数K_p（C）=$\frac{{P}^{2}（HCl）}{{p}^{2}（C{l}_{2}）p（N{H}_{3}）}$=$\frac{（10×\frac{1}{2.5}）^{2}}{（10×\frac{1}{2.5}）^{2}×（10×\frac{0.5}{2.5}）}$=0.5MPa，
故答案为：0.5MPa；

点评 本题考查了反应热的计算、化学平衡状态的判断、化学平衡移动以及化学平衡常数计算、化学方程式的书写等，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．