Question

13．为了减少CO对大气的污染，某研究性学习小组拟研究利用CO和H₂O反应转化为绿色能源H₂．已知：
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•moL^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•moL^-1
2H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•moL^-1

（1）写出CO和H₂O（g）作用生成CO₂和H₂的热化学方程式：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol
（2）氢气是合成氨的重要原料，合成氨反应的热化学方程式如下：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•moL^-1
①当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件（不改变N₂、H₂和NH₃的量），反应速率与时间的关系如图1所示．图中t₃时引起平衡移动的条件可能是加压，其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段时间是t₂-t₃．
②温度为T℃时，将1mol N₂和2mol H₂放入容积为0.5L的密闭容器中，充分反应后测得N₂的平衡转化率为50%．则反应在T℃时的平衡常数为4mol^-2•L²．
③目前工业合成氨的原理是：N₂+3H₂$?_{500℃、铁触媒}^{20-50MPa}$2NH₃如图2表示随条件改变，平衡体系中氨气体积分数的变化趋势．当横坐标为压强时，变化趋势正确的是（填序号，下同）c，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是a．
（3）常温下氨气和HCl均极易溶于水，现将相同体积、相同物质的量浓度的氨水和盐酸混合，所得溶液中各离子的物质的量浓度按照由大到小的顺序排列依次为c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）利用2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566KJ/mol、2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6KJ/mol结合盖斯定律来写出CO和 H₂O（g）作用生成CO₂和H₂的热化学方程式；
（2）①根据影响平衡移动的因素结合图象来分析；
②利用N₂的转化率结合三段法来计算平衡时的浓度，再利用化学平衡常数的表达式来计算；
③合成氨反应是一个体积减小反应，可以得出随着压强的增大，平衡向氨气增大的方向移动，结合图象可以知道c符合要求．又因为合成氨反应是一个放热反应，可以得出随着温度的升高，平衡向氨气减少的方向移动，结合图象可以知道a符合要求；
（3）将相同体积、相同物质的量浓度的氨水和盐酸混合后，反应生成氯化铵溶液，铵根离子水解．

解答 解：（1）由①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566KJ/mol、②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6KJ/mol，根据盖斯定律可知$\frac{①-②}{2}$得CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），△H=$\frac{-566kJ/mol-（-483.6kJ/mol）}{2}$=-41.2kJ/mol，即热化学反应方程式为CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol，
故答案为：CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol；
（2）①由图象可知，t₁时正逆反应速率都增大，则可能为加压或升温，该反应为放热反应，升高稳定，逆向移动，逆反应速率大于正反应速率，与图象不符，该反应是气体体积缩小的反应，加压正向移动，则正反应速率大于逆反应速率，与图象符合，则应为加压；显然图象中的t₃时为升高温度，t₁时加压正向移动，氨气的含量增大，t₃时为升高温度，化学平衡逆向移动，氨气的含量降低，即t₂-t₃一段时间平衡混合物中NH₃的含量最高；
故答案为：加压；t₂-t₃；    
②2molH₂和1molN₂放入0.5L  密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%，则
             3H₂+N₂ 2NH₃
开始（mol/L） 4  2             0
转化         3   1             2
平衡         1   1             2
则该温度下反应的化学平衡常数为K=$\frac{{2}^{2}}{1×{1}^{3}}$=4，
故答案为：4；
③合成氨工业的原理是：N₂+3H₂$?_{500℃、铁触煤}^{20-50MPa}$2NH₃△H＜0，因△H＜0，从化学平衡的角度看，正反应为放热反应，温度越低，越有利于合成氨，增加温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的百分含量减少；正反应为体积缩小的反应，所以压强越大，越有利于合成氨，增大压强时平衡向右进行，氨气的百分含量增大，结合图象可以知道c符合要求．又因为合成氨反应是一个放热反应，可以得出随着温度的升高，平衡向氨气减少的方向移动，结合图象可以知道a符合要求；
故答案为：c；a；
（3）将相同体积、相同物质的量浓度的氨水和盐酸混合后，反应生成氯化铵溶液，铵根离子水解，c（Cl^-）＞c（NH₄⁺），氯化铵为强酸弱碱盐，水解后溶液呈酸性，c（H⁺）＞c（OH^-），水解极其微弱，所以c（NH₄⁺）＞c（H⁺），
故答案为：c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

点评 本题主要考查热化方程式书写、化学平衡的计算、盐类水解等知识，综合性强，有利于学生巩固基础知识和基本技能，难度中等．