Question

5．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，氨是最重要的氮肥，是产量最大的化工产品之一．其工业合成原理为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．在密闭容器中，使2mol N₂和6mol H₂混合发生以上反应．
（1）当反应达到平衡时，N₂和H₂的浓度比是1：3，N₂和H₂的转化率比是1：1
（2）升高平衡体系的温度（保持体积不变），混合气体的平均相对分子质量变小（填“变大”“变小”或“不变”）
（3）当达到平衡时，充入氩气并保持压强不变，平衡将逆向（填“正向”“逆向”或“不”）移动
（4）若容器恒容、绝热，加热使容器内温度迅速升至原来的2倍，平衡将向左移动（填“向左移动”“向右移动”或“不移动”）．达到新平衡后，容器内温度小于（填“大于”“小于”或“等于”）原来的2倍．
（5）如图表示工业500℃、60.0MPa条件下合成氨，原料气投料比与平衡时NH₃体积分数的关系．根据图中a点数据计算N₂的平衡体积分数：14.5%．
（6）在25℃下，将a mol•L^-1的氨水与0.01mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应平衡时溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）；用含a的代数式表示NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$．

Answer 1

分析 （1）起始的物质的量比等于化学计量数之比，则转化率相同，平衡浓度之比等于化学计量数之比；
（2）为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，气体的质量不变，n增大；
（3）充入氩气并保持压强不变，反应体系的压强减小，平衡逆向移动；
（4）为放热反应，若容器恒容、绝热，加热使容器内温度迅速升至原来的2倍，平衡逆向移动；
（5）氨气体积含量42%，设平衡混合气体体积为100，氨气为体积42，则反应前气体体积100+42=142，氮气和氢气按照1：3混合，结合反应及差量法计算；
（6）反应平衡时溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），结合K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$计算．

解答 解：（1）在密闭容器中，使2molN₂和6molH₂混合发生下列反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反应物起始量之比等于化学方程式中的反应之比，所以平衡浓度为1：3，N₂和H₂的转化率比是为1：1，
故答案为：1：3；1：1；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反应是放热反应，升温平衡逆向进行，气体质量不变，气体物质的量增大，根据容器中气体的平均相对分子量=$\frac{m}{n}$，则混和气体的平均相对分子质量减小，故答案为：变小；
（3）充入氩气并保持压强不变，反应体系的压强减小，平衡逆向移动，故答案为：逆向；
（4）为放热反应，若容器恒容、绝热，加热使容器内温度迅速升至原来的2倍，平衡向左移动，达到新平衡后，容器内温度小于原来的2倍，
故答案为：向左移动；小于；
（5）依据反应特征
N₂+3H₂=2NH₃ △V
1   3    2       2
平衡体积      V      V
即反应前后气体体积减小为生成氨气的体积，相同条件下，气体体积比等于气体物质的量之比，图象分析可知平衡状态氨气体积含量42%，设平衡混合气体体积为100，氨气为体积42，则反应前气体体积100+42=142，氮气和氢气按照1：3混合，氮气体积=142×$\frac{1}{4}$=35.5，依据化学方程式计算反应的氮气体积为21，平衡状态氮气为35.5-21=14.5，则氮气体积分数为14.5%，
故答案为：14.5%；
（6）在25℃下，平衡时溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，根据物料守恒得n（NH₃．H₂O）=（0.5a-0.005）mol/L，根据电荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}×5×1{0}^{-3}}{0.5a-5×1{0}^{-3}}$=$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$，
故答案为：$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握平衡三段法、平衡常数、平衡移动为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意差量法及电荷守恒应用，题目难度不大．