Question

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．请回答：
（1）如图是1molN₂和3molH₂反应生成2molNH₃过程中能量变化示意图，该反应为

 

 （填“放热反应”或“吸热反应”），其活化能为

 

KJ/mol
（2）在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g），其化学平衡常数K与温度t 的关系如下表：

t/K	298	398	498	…
K/（mol?L-1）2	4.1×106	K1	K2	…

完成下列问题：
①比较K₁、K₂的大小：K₁

 

K₂（填“＞”、“=”或“＜”）；
②判断该反应达到化学平衡状态的依据是

 

（填序号）；
A．2v（H₂）_（正）=3v（NH₃）_（逆）    B．2v（N₂）_（正）=v（H₂）_（逆）
C．容器内压强保持不变    D．混合气体的密度保持不变
（3）NH₄Cl水溶液呈酸性，其原因是（用离子方程式表示）

 

；NH₄Cl水溶液中所含离子浓度按由大到小

 

．
（4）在一定温度下，向容积不变（始终为10L）的密闭容器中加入2mol N₂、8mol H₂及固体催化剂．10分钟后反应达到平衡状态，容器内气体压强变为起始的80%，此时氨气的体积分数为

 

，用氮气表示的反应速率为

 

．若想提高氨气的产率，根据化学平衡移动原理，请提出合理的建议：

 

（5）在上述相同条件下，若起始时加入4mol NH₃、2mol H₂及固体催化剂，反应达到平衡时 NH₃的体积分数比（3）中

 

（填“大”、“小”或“相等”）．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,反应热和焓变,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算,盐类水解的应用,离子浓度大小的比较

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,盐类的水解专题

分析：（1）反应物总能量大于生成物总能量，则反应是放热反应；活化能=E₁-E₂；
（2）①该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数减小；
②当反应前后改变的物理量不变时，该反应达到平衡状态；
（3）氯化铵是强酸弱碱盐，铵根离子水解导致溶液呈碱性，氯离子不水解，铵根离子水解程度较小，据此确定溶液中离子浓度大小；
（4）同一温度下，同一容器中，气体的物质的量之比等于其压强之比，则平衡状态混合气体的物质的量=（2+8）mol×80%=8mol，反应中减少的物质的量等于氨气的物质的量，所以n（NH₃）=（2+8）mol×（1-80%）=2mol，据此计算氨气的体积分数；
根据v=

△n V

△t

计算氮气反应速率；
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，要提高氨气产率，则平衡向正反应方向移动，可以通过改变温度、压强、气体的浓度来实现；
（5）将氨气完全转化为氮气和氢气，则氮气和氢气的物质的量分别与（3）中氮气、氢气的物质的量相等，所以两个体系是等效平衡，平衡时两个容器中氨气的体积分数相等．

解答： 解：（1）根据图象知，反应物总能量大于生成物总能量，所以该反应是放热反应，其活化能═E₁-E₂=bkJ/mol-akJ/mol=（b-a）kJ/mol，
故答案为：放热反应；b-a；
（2）①该反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，则其平衡常数减小，所以K₁＞K₂，故答案为：＞；
②A．2v（H₂）_（正）=3v（NH₃）_（逆）时，氢气的正逆反应速率相等，则该反应达到平衡状态，故正确；
B．3v（N₂）_（正）=v（H₂）_（逆）时该反应达到平衡状态，当2v（N₂）_（正）=v（H₂）_（逆）时该反应未达到平衡状态，故错误；
C．容器内压强保持不变时，平衡体系中各物质的含量不变，则该反应达到平衡状态，故正确；
D．无论该反应是否达到平衡状态，混合气体的密度始终保持不变，所以不能据此判断平衡状态，故错误；
故选AC；
（3）氯化铵是强酸弱碱盐，铵根离子水解导致溶液呈酸性，水解方程式为NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺，钠离子不水解，铵根离子水解程度较小，所以该溶液中离子浓度大小顺序是C（Cl^-）＞C（NH₄⁺）＞C（H⁺）＞C（OH^-），故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；C（Cl^-）＞C（NH₄⁺）＞C（H⁺）＞C（OH^-）；
（4）同一温度下，同一容器中，气体的物质的量之比等于其压强之比，则平衡状态混合气体的物质的量=（2+8）mol×80%=8mol，反应中减少的物质的量等于氨气的物质的量，所以n（NH₃）=（2+8）mol×（1-80%）=2mol，氨气的体积分数=氨气的物质的量分数=

2mol

8mol

×100%=25%；
参加反应的n（N₂）=

1

2

n（NH₃）=

1

2

×2mol=1mol，
氮气的反应速率v=

△n V

△t

=

1mol 10L

10min

=0.01mol/（L．min）；
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，该反应是反应前后气体体积减小、放热的可逆反应，要提供氨气产率，则平衡向正反应方向移动，可以通过降低温度、增大压强、增大氢气或氮气浓度、减小氨气浓度来实现，
故答案为：25%；0.01mol/（L?min）；增大氢气浓度、增大氮气浓度、降温、增大压强或及时转移走生成的氨；
（5）将氨气完全转化为氮气和氢气，氮气的物质的量为2mol、氢气的物质的量为8mol，则氮气和氢气的物质的量分别与（3）中氮气、氢气的物质的量相等，所以两个体系是等效平衡，平衡时两个容器中氨气的体积分数相等相等，故答案为：相等．

点评：本题考查了化学平衡的有关知识，涉及离子浓度大小比较、等效平衡、化学平衡移动、反应速率计算等知识点，根据物质的性质、反应特点、等效平衡特点等知识点来分析解答，这些知识点都是考试热点，熟练掌握基础知识，题目难度中等．