Question

6．合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，其研究来自正确的理论指导，合成氨反应的平衡常数K值和温度的关系如表：

温 度（℃）	360	440	520
K值	0.036	0.010	0.0038

（1）①由上表数据可知该反应为放热 （填放热，吸热，无法确定　）反应．
②下列措施能用勒夏特列原理解释是ad．（填序号）
a．增大压强有利于合成氨              b．使用合适的催化剂有利于快速生成氨
c．生产中需要升高温度至500°C左右    d．需要使用过量的N₂，提高H₂转化率
（2）0.2mol氨气溶于水后再与含有0.2mol硫酸的溶液反应放热QkJ，请你用热化学方程式表示其反应
式NH₃．H₂O（aq）+H₂SO₄（aq）=NH₄HSO₄（aq）+H₂O（l）△H=-5Q kJ•mol^-1．
（3）常温时，将amol氨气溶于水后，再通入bmol氯化氢，溶液体积为1L，且c（NH₄⁺）=c（Cl^-），则一水合
氨的电离平衡常数K_b=$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$．（用ab表示）
（4）原料气H₂可通过反应 CH₄（g）+H₂O （g）?CO（g）+3H₂（g） 获取，已知该反应中，当初始混合气
中的$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{H}_{4}）}$恒定时，温度、压强对平衡混合气CH₄含量的影响如图所示：
①图中，两条曲线表示压强的关系是：P₁＜P₂
（填“＞”、“=”或“＜”）．
②其它条件一定，升高温度，氢气的产率会增大．（填“增大”，“减小”减小，“不变”不变）
（5）原料气H₂还可通过反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g） 获取．
①T℃时，向容积固定为5L的容器中充入1mol水蒸气和1mol CO，反应达平衡后，测得CO的浓度为0.08mol•L^-1，该温度下反应的平衡常数K值为2.25．
②保持温度仍为T℃，容积体积为5L，改变水蒸气和CO的初始物质的量之比，充入容器进行反应，下列描述能够说明体系处于平衡状态的是cd（填序号）．
a．容器内压强不随时间改变   b．混合气体的密度不随时间改变
c．单位时间内生成a mol CO₂的同时消耗a mol H₂
d．混合气中n（CO）：n（H₂O）：n（CO₂）：n（H₂）=1：16：6：6．

Answer 1

分析 （1）①依据图标数据分析，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行说明反应是放热反应；
②勒夏特列原理为：如果改变影响平衡的条件之一，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动，使用勒夏特列原理时，该反应必须是可逆反应，否则勒夏特列原理不适用；
（2）根据热化学方程式的书写方法以及热化学方程式的意义来回答；
（3）根据电荷守恒，溶液中c（NH⁺₄）=c（Cl^-），所以溶液中氢离子和氢氧根离子浓度都是10^-7mol/L，根据氯离子浓度计算c（NH₄⁺），利用物料守恒计算溶液中c（NH₃．H₂O），代入NH₃•H₂O的电离常数表达式计算；
（4）①依据图象变化分析，相同温度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反应是气体体积增大的反应，压强越大，平衡逆向进行，甲烷平衡含量越高；
②压强一定，温度升高，甲烷平衡含量减小，平衡正向进行，依据平衡移动原理分析判断；
（5）①依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到；
②化学平衡状态，反应的正逆反应速率相同，各成分含量保持不变分析选项．

解答 解：（1）①图表中平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向是放热反应，放热；
②a．增大压强，合成氨反应向着气体的系数和减小的方向进行，有利于合成氨，可以用平衡移动原理解释，故正确；
b．使用合适的催化剂只能加快反应速率，但是不会引起平衡的移动，不可以用平衡移动原理解释，故错误；
c．合成氨反应是放热的，升高温度，反应逆向移动，生产中需要升高温度至500°C左右是为了加快反应速率，提高催化活性，不可以用平衡移动原理解释，故错误；
d．使用过量的N₂，合成氨反应正向移动，可以提高H₂转化率，可以用平衡移动原理解释，故正确；
故选：ad；
（2）0.2mol氨气溶于水后再与含有0.2mol硫酸的溶液反应放热QkJ，则1mol氨气溶于水后再与含有硫酸的溶液反应放热5QkJ，即NH₃．H₂O（aq）+H₂SO₄（aq）=NH₄HSO₄（aq）+H₂O（l）△H=-5Q kJ•mol^-1，故答案为：NH₃．H₂O（aq）+H₂SO₄（aq）=NH₄HSO₄（aq）+H₂O（l）△H=-5Q kJ•mol^-1；
（3）根据电荷守恒，溶液中c（NH⁺₄）=c（Cl^-），故溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.5×bmol•L^-1，故混合后溶液中c（NH₃．H₂O）=0.5×amol•L^-1-0.5bmol•L^-1=（0.5a-0.5b）mol/L，NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{1{0}^{-7}×0.5b}{0.5a-0.5b}$=$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$，故答案为：$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$；
（4）①依据图象变化分析，相同温度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反应是气体体积增大的反应，压强越大，平衡逆向进行，甲烷平衡含量越高，所以P₂＞P₁；故答案为：＜；
②压强一定，温度升高，甲烷平衡含量减小，平衡正向进行，反应是吸热的，条件一定，升高温度，氢气的产率会增大，故答案为：增大；
（5）①依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，℃时，向容积固定为5L的容器中充入1mol水蒸气和1mol CO，反应达平衡后，测得CO的浓度为0.08mol•L^-1，
                             CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 0.2             0.2             0               0
变化量（mol/L） 0.12            0.12         0.12            0.12
平衡量（mol/L） 0.08             0.08          0.12             0.12
则该温度下反应的平衡常数K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.08}$=2.25；
故答案为：2.25；
②化学平衡状态，反应的正逆反应速率相同，各成分含量保持不变分析选项，CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g），反应是气体体积不变反应；
a．反应过程中和平衡状态下压强相同，容器内压强不随时间改变，不能说明反应达到平衡状态，故a不符合；
b．混合气体质量守恒，反应前后气体体积不变，反应过程中和平衡状态下，混合气体的密度不随时间改变，不能说明反应达到平衡状态，故b不符合；
c．单位时间内生成amolCO₂的同时消耗amolH₂，说明二氧化碳或氢气的正逆反应速率相同，说明反应达到平衡状态，故c符合；
d．混合气中n（CO）：n（H₂O）：n（CO₂）：n（H₂）=1：16：6：6，依据反应前后气体物质的量相同，可以利用物质的量代替浓度计算浓度商和平衡常数比较，
Q=$\frac{6×6}{1×16}$=2.25=K，说明反应达到平衡状态，故d符合；
故答案为：cd．

点评 本题考查了化学平衡影响因素，平衡标志分析，平衡常数的计算应用，主要是图象分析判断，平衡移动原理的理解应用，掌握基础是关键，题目难度中等．