Question

9．运用化学反应原理研究部分单质及其化合物的反应有重要意义．
（1）氨是氮循环过程中的重要物质，是氮肥工业的重要原料．氨的合成目前普遍使用的人工固氮方法：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．请回答：
①已知：H-H键能为436kJ/mol，N≡N键能为945kJ/mol，N一H键能为391kJ/mol．由键能计算消耗1molN₂时的△H=-93kJ/mol．若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，平衡向左移动（填“向左”、“向右”或“不”）；
②如图中：当温度由T₁变化到T₂时，K_A＞ K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）氨气溶于水得到氨水．NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃，25℃时，将amolNH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用离子方程式表示），向该溶液滴加bL氨水后溶液呈中性，则滴加氨水的过程中水的电离平衡将逆向（填“正向”、“不”或“逆向”）移动，所滴加氨水的浓度为$\frac{a}{200b}$mol/L（用含a、b的代数式表示），（NH₃•H₂O的电离平衡常数取K_b=2×10^-5mol/L）
（3）硫酸生产中，SO₂催化氧化生成SO₃：SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H＜0，是工业上生产硫酸的关键步骤．
①在某温度时，该反应的平衡常数K=0.75，若在此温度下，向100L的恒容密闭容器中，充入3molSO₂、4mo
lO₂和4mol SO₃，则反应开始时正反应速率＜逆反应速率（填“＜”、“＞”或“=”）．
②在①中的反应达到平衡后，改变下列条件，能使SO₂（g）平衡浓度比原来减小的是bc．
a．保持温度和容器体积不变，充入1.0mol SO₃（g）
b．保持温度和容器内压强不变，充入2.0mol He
c．降低温度
d．在其他条件不变时，减小容器的容积
③由硫酸可制得硫酸盐．在一定温度下，向K₂SO₄溶液中滴加Na₂CO₃溶液和BaCl₂溶液，当两种沉淀共存时，$\frac{c（C{O}_{3}^{2-}）}{c（S{O}_{4}^{2-}）}$=40．[已知该温度时，Ksp（BaSO₄）=1.3×10^-10，Ksp（BaCO₃）=5.2×10^-9]．

Answer 1

分析 （1）①反应热=反应物总键能-生成物总键能；
若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，反应体系分压减小，平衡向气体体积增大的方向移动；
②由图可知，温度升高，氨气浓度减小，平衡逆向进行，平衡常数减小；
（2）溶液中NH₄⁺离子水解，使溶液呈酸性；向NH₄NO₃溶液滴加bL氨水后溶液呈中性，增大NH₃•H₂O浓度，水的电离程度减小；溶液呈中性，则c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，由电荷守恒可知c（NH₄⁺）=c（NO₃^-），设混合后溶液体积为1L，则c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L，设所滴加氨水的浓度为cmol/L，由微粒守恒可知混合溶液中c（NH₃•H₂O）=bc mol/L，再根据Kb=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=2×10^-5计算；
（3）①计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行，进而判断正、逆速率相对大小；
②a．保持温度和容器体积不变，充入1.0mol SO₃（g），平衡逆向移动；
b．保持温度和容器内压强不变，充入2.0mol He，容器体积增大，反应混合物各组分浓度均减小；
c．降低温度平衡向正反应方向移动；
d．在其他条件不变时，减小容器的容积，反应混合物各组分浓度均增大；
③BaSO₄和BaCO₃两种沉淀共存时，则$\frac{c（C{O}_{3}^{2-}）}{c（S{O}_{4}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaC{O}_{3}）}{Ksp（BaS{O}_{4}）}$．

解答 解：（1）①反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的反应热△H=945kJ•mol^-1+3×436kJ•mol^-1-2×3×391kJ•mol^-1=-93kJ•mol^-1；
恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，反应体系分压减小，正反应为气体体积减小的反应，平衡向左移动，
故答案为：-93kJ/mol；向左；
②由图可知，温度升高，氨气浓度减小，平衡逆向进行，平衡常数减小，则平衡常数K_A＞K_B，
故答案为：＞；
③溶液中NH₄⁺离子水解：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，使溶液呈酸性；
向NH₄NO₃溶液滴加bL氨水后溶液呈中性，增大NH₃•H₂O浓度，水的电离程度减小，水的电离平衡逆向移动；
溶液呈中性，则c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，由电荷守恒可知c（NH₄⁺）=c（NO₃^-），设混合后溶液体积为1L，则c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L，设所滴加氨水的浓度为cmol/L，由微粒守恒可知混合溶液中c（NH₃•H₂O）=bc mol/L，则Kb=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{a×1{0}^{-7}}{bc}$=2×10^-5，解得c=$\frac{a}{200b}$，
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；逆向；$\frac{a}{200b}$；
（2）①在某温度时，SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H＜0，该反应的平衡常数K=0.75，若在此温度下，向100L的恒容密闭容器中，充入3mol SO₂、4mol O₂和4mol SO₃，浓度商Qc=$\frac{\frac{4}{100}}{\frac{3}{100}×\sqrt{\frac{4}{100}}}$=6.67＞Kc=0.75，反应向逆反应进行，正反应速率小于逆反应速率，
故答案为：＜；
②a．保持温度和容器体积不变，充入1.0mol SO₃（g），平衡逆向移动，SO₂的浓度增大，故a错误；
b．保持温度和容器内压强不变，充入2.0mol He，容器体积增大，反应混合物各组分浓度均减小，故b正确；
c．降低温度平衡向正反应方向移动，SO₂的浓度减小，故c正确；
d．在其他条件不变时，减小容器的容积，反应混合物各组分浓度均增大，故d错误，
故选：bc；
③BaSO₄和BaCO₃两种沉淀共存时，则$\frac{c（C{O}_{3}^{2-}）}{c（S{O}_{4}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（BaC{O}_{3}）}{Ksp（BaS{O}_{4}）}$=$\frac{5.2×1{0}^{-9}}{1.3×1{0}^{-10}}$=40，
故答案为：40．

点评 本题考查反应热计算、化学平衡影响因素、化学平衡常数、电离平衡常数、溶度积有关计算等，是对学生综合能力的考查，（2）中③氨水浓度计算为易错点，题目难度较大．