Question

17．氨气是生产化肥、硝酸等的重要原料，围绕合成氨人们进行了一系列的研究
（1）三氯化氮水解可生成氨气和物质X，X的电子式为．
（2）已知：N₂（g）+3H₂ （g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，断裂1molN≡N键需要的能量为946kJ．

（3）常温下，向amol•L^-1的氨水中加入等体积bmol•L^-1的盐酸，混合后溶液呈中性，则该温度下氨水的电离平衡常数为$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$（用含a和b的代数式表示）．
（4）在相同温度下，向甲、乙、丙三个容积相同的恒容密闭容器中按照下列三种方式分别投料，发生反应：N₂（g）+3H₂ （g）?2NH₃（g），测得甲容器中H₂的平衡转化率为40%．

	n（N2）/mol	N（H2）/mol	N（NH3）/mol
甲	1	3	0
乙	0.5	1.5	1
丙	0	0	4

①乙容器中起始反应逆向（填“正向”“逆向”或“不”）移动．
②达到平衡时，甲、乙、丙三个容器中NH₃的体积分数由大到小顺序为丙＞甲=乙．
（5）现分别在150℃、300℃、500℃时向反应器中按n（N₂）：n（H₂）=1：3投料发生反应：N₂（g）+3H₂ （g）?2NH₃（g），该反应达到平衡时，体系中NH₃的物质的量分数随压强的变化曲线如图所示．

①150℃时发生的反应可用曲线m（填“m”“n”或“l”）表示．
②上图中A、B、C三点的平衡常数K的大小关系是K（A）＞K（B）=K（C）．
③若B点时c（NH₃）=0.6mol•L^-1，则此时反应的化学平衡常数K=$\frac{400}{3}$．

Answer 1

分析 （1）三氯化氮水解依据水解实质分析应生成氨气和次氯酸；
（2）热化学方程式中，反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，据此计算出断开1mol N≡N键吸收的能量；
（3）将a mol•L^-1的氨水与b mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应后溶液显中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，根据氨水的电离平衡常数的表达式计算；
（4）①甲、乙是完全等效平衡，平衡时对应各组分的物质的量相等，根据甲中氢气的转化率计算平衡时氢气的物质的量，与乙中氢气的物质的量比较，判断反应进行方向；
②甲、乙是完全等效平衡，平衡时NH₃的体积分数相等，丙相当于在甲平衡的基础上，再加入1molN₂、3molH₂，压强增大平衡向正反应方向移动，据此解答；
（5）①N₂（g）+3H₂ （g）?2NH₃（g）该反应为放热反应，温度越高，氨气的含量越低；
②升高温度，平衡向逆方向移动，化学平衡常数减小；
③B点时c（NH₃）=0.6mol•L^-1，氨气的物质的量分数为60%，则混合气体总物质的量为$\frac{0.6mol/L}{60%}$=1mol/L，则氮气的物质的量浓度为（1-0.6）×$\frac{1}{4}$=0.1mol/L，则氢气的物质的量浓度为0.3mol/L，结合平衡常数的表达式计算．

解答 解：（1）三氯化氮水解依据水解实质分析应生成氨气和次氯酸，NCl₃+3H₂O═NH₃+3HClO，所以最初应生成氨气和HClO，HClO的电子式为；
故答案为：；
（2）已知：H-H键能为436kJ/mol，NH₃中3个N-H键能为1173.2kJ/mol，设N≡N的键能为x，
对于反应N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，故x+3×436kJ/mol-2×1173.2kJ/mol=-92.4kJ/mol
解得：x=946 kJ/mol，则断裂1molN≡N键需要的能量为946kJ；
故答案为：946；
（3）将a mol•L^-1的氨水与b mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应后溶液显中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，
溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=$\frac{b}{2}$mol/L，混合后反应前c（NH₃•H₂O）=$\frac{a}{2}$mol/L，
则反应后一水合氨的浓度为：c（NH₃•H₂O）=（$\frac{a}{2}$-$\frac{b}{2}$）mol/L，
则氨水的电离平衡常数为K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{\frac{b}{2}×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-\frac{b}{2}}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$；
故答案为：$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$；
（4）①甲、乙是完全等效平衡，平衡时对应各组分的物质的量相等，平衡时甲容器中H₂的转化率为40%，则平衡时氢气的物质的量为3mol×（1-40%）=1.8mol，乙中氢气为1.5mol，小于1.8mol，则乙容器中反应进行的方向是逆向，
故答案为：逆向；
②甲、乙是完全等效平衡，平衡时NH₃的体积分数相等，丙相当于在甲平衡的基础上，再加入1molN₂、3molH₂，压强增大平衡向正反应方向移动，氨气的体积分数增大，故体积分数：丙＞甲=乙，
故答案为：丙＞甲=乙；
（5）①N₂（g）+3H₂ （g）?2NH₃（g）该反应为放热反应，温度越高，氨气的含量越低，150℃时温度最低，所以反应进行的程度最大，即氨气的物质的量分数最大，其对应的曲线为m；
故答案为：m；
②升高温度，平衡向逆方向移动，化学平衡常数减小，B、C点在同一温度曲线上，所以B、C点的平衡常数相同，A点的温度低，所以A点的K大，则K（A）＞K（B）=K（C）；
故答案为：K（A）＞K（B）=K（C）；
③B点时c（NH₃）=0.6mol•L^-1，氨气的物质的量分数为60%，则混合气体总物质的量为$\frac{0.6mol/L}{60%}$=1mol/L，则氮气的物质的量浓度为（1-0.6）×$\frac{1}{4}$=0.1mol/L，则氢气的物质的量浓度为0.3mol/L，此时反应的化学平衡常数K=$\frac{0．{6}^{2}}{0.1×0．{3}^{3}}$=$\frac{400}{3}$；
故答案为：$\frac{400}{3}$．

点评 本题考查了弱电解质的电离平衡和电离常数的计算、化学平衡移动和平衡常数的计算、电子式、键能的计算等，题目难度中等，题目综合性较强，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力和计算能力．