Question

目前工业合成氨的原理是：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)   △H=－93.0kJ /mol；另据报道，一定条件下：2N₂(g)+6H₂O(l)4NH₃(g)+3O₂(g)   △H= +1530.0kJ /mol。

（1）氢气的燃烧热△H=_______________kJ/mol。

（2）在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应，下列说法正确的是       。

A．气体体积不再变化，则已平衡

B．气体密度不再变化，尚未平衡

C．平衡后，往装置中通入一定量Ar，压强不变，平衡不移动

D．平衡后，压缩装置，生成更多NH₃

（3）在恒温恒容装置中进行合成氨反应，各组分浓度-时间图像如下。

① 表示N₂浓度变化的曲线是         。

② 前25 min 内，用H₂浓度变化表示的化学反应速率是                 。

③ 在25 min末刚好平衡，则平衡常数K =           。

（4）在第25 min 末，保持其它条件不变，升高温度，在第35 min末再次平衡。平衡移动过程中H₂浓度变化了1.5 mol·L^－1，在图中画出第25 min ～ 40 min NH₃浓度变化曲线。

（5）已知常温下，NH₄⁺ 的水解常数为1.0×10^－9，则0.1mol/L NH₄Cl溶液pH=            。（忽略NH₄⁺水解对NH₄⁺浓度的影响）

 

Answer 1

【答案】

（16分）

（1）－286.0  （2分，不写“－”扣1分）

（2）AD     （2分）

（3）① C     （2分）

② 0.12 mol / (L·min)    （3分，数据2分，单位1分）

③ 0.15      （2分）

（4）（3分，起点1分，拐点1分，延长线1分）

（5） 5  （2分）

【解析】

试题分析：（1）先将已知两个热化学方程式编号为①②，再根据盖斯定律，将(①×2—②)/3可得：2H₂(g)+O₂(g)= 2H₂O(l)   △H=－572.0kJ /mol，最后将系数减半，则焓变随之减半，即H₂(g)+O₂(g)= 2H₂O(l)   △H=－286.0kJ /mol；根据燃烧热概念可得，氢气的燃烧热△H=－286.0kJ /mol；（2）恒温恒压下，气体摩尔体积相同，由于n=V/V_m，则气体体积不再变化，就是气体的物质的量不再变化，说明反应已达平衡，故A正确；气体密度等于气体质量除以气体总体积，根据质量守恒定律可知气体质量始终不变，若气体密度不再变化时，则气体总体积不变，气体的物质的量不变，说明反应已达平衡，故B错；平衡后充入惰性气体，维持恒温恒压，必须增大容器容积，减小各组分浓度，其实质是减小压强，平衡向逆反应方向或气体体积增大方向移动，故C错；平衡后，压缩装置，缩小容器容积，其实质是增大压强，平衡向正反应方向或气体体积减小方向移动，故D正确；（3）①合成氨的原理为N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)，读图可知，前25min内A的浓度由6.0mol/L逐渐减小为3.0mol/L，C的浓度由2.0mol/L逐渐减小到1.0mol/L，B的浓度由0逐渐增大到2.0mol/L，则A、C、B的变化浓度分别为3.0mol/L、1.0mol/L、2.0mol/L，因此A、C、B分别表示氢气、氮气和氨气的浓度随反应时间变化的曲线；②由于前25min内氢气的浓度由6.0mol/L逐渐减小为3.0mol/L，其变化浓度为3.0mol/L，则v(H₂)=△c(H₂)/△t=3.0mol/L÷25min =0.12 mol / (L·min)；③根据三行数据法可得：

N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)

各组分的起始浓度/ mol·L^－1       2.0    6.0        0

各组分的变化浓度/ mol·L^－1       1.0    3.0       2.0

各组分的平衡浓度/ mol·L^－1       1.0    3.0       2.0

K==≈0.15（保留两位有效数字）

（4）由于合成氨的正反应的△H=－93.0kJ /mol，则正反应是放热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即平衡向逆反应方向移动，则反应物浓度增大，氨气浓度减小，根据三行数据法可得：

N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)

25min时各组分浓度/ mol·L^－1       1.0    3.0       2.0

各组分的变化浓度/ mol·L^－1         0.5    1.5      1.0

35min时各组分浓度/ mol·L^－1       1.5    4.5       1.0

因此，25min→35min，氨气浓度由2.0mol/L逐渐减小为1.0mol/L；35min→40min，氨气浓度为1.0mol/L，始终保持不变；（5）氯化铵是强酸弱碱盐，其完全电离出的铵根离子部分水解，生成一水合氨和氢离子，存在水解平衡，设溶液中氢离子浓度为xmol/L，由三行数据法可得：

NH₄⁺+H₂ONH₃•H₂O+H⁺

各组分的起始浓度/ mol·L^－1            0.1             0      0

各组分的变化浓度/ mol·L^－1             x              x      x

各组分的平衡浓度/ mol·L^－1           0.1—x            x      x

K===1.0×10^－9

由于铵根离子水解程度很小，则0.1—x≈0.1，则==1.0×10^－9，则x ²=1.0×10^－10，x=1.0×10^－5；由于pH=—lgc(H⁺)=5。

考点：考查化学反应原理，涉及盖斯定律、燃烧热、表示燃烧热的热化学方程式、化学平衡的标志、外界条件对平衡移动的影响、体系各组分浓度与反应时间曲线的识别、平均反应速率的计算、化学平衡常数的计算、放热反应和吸热反应、温度对平衡移动的影响、画出温度对生成物浓度与反应时间关系的图像、盐类水解平衡常数的应用、计算溶液的pH等。