Question

5．利用氮气、氢气在一定条件下生成氨气这一可逆反应来合成氨，是一个重要的化工反应．常用来生产液氨和氨水．
完成下列填空：
（1）如图表示合成氨时生成1mol生成物时的能量变化，E的单位为kJ．请写出合成氨的热化学方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（E₃-E₁）kJ/molN₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=2（E₁-E₃）或-2（E₃-E₁）kg/mol（热量用E₁、E₂或E₃表示）．该图中的实线与虚线部分是什么反应条件发生了变化？催化剂．
（2）在一定温度下，若将4amol H₂和2amol N₂放入VL的定容密闭容器中，2分钟后测得N₂的转化率为50%，则该段时间用H₂表示的反应速率为$\frac{0.025a}{V}$摩尔/（升?秒）．若此时再向该容器中投入a mol H₂、amol N₂和2amol NH₃，判断平衡移动的方向是正向正向移动（填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”）．
（3）液氨和水类似，也能电离：2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-，某温度时，其离子积K=2×l0^-30．该温度下：①将少量NH₄Cl固体加入液氨中，K==2×10^-30（填“＜”、“＞”或“=”）；
②将少量金属钠投入液氨中，完全反应后所得溶液中各微粒物质的量大小排列为：c（NH₃）＞c（NH₂^-）＞c（Na⁺）＞c（NH₄⁺）
（4）工厂生产的氨水作肥料时需要稀释．用水稀释0.1mol/L稀氨水时，溶液中随着水量的增加而减少的是bc．
a．$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$               
b．$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）/}{c（O{H}^{-}）}$
c．$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（{H}^{+}）}$                      
d．$\frac{c（{H}^{+}）}{c（N{H}_{4}^{+}）}$．

Answer 1

分析 （1）△H=生成物能量和-反应物能量和=反应物键能和-生成物键能和=反应物活化能-生成物活化能；催化剂能够降低反应的活化能，据此解答；
（2）利用三段法计算出平衡时各物质的浓度，再计算氢气的反应速率及平衡常数，然后利用Q与K的关系来分析平衡的移动；
（3）①K是温度的函数，温度不变K值不变；
②将少量金属钠投入液氨中，2NH₄⁺+2Na=NH₃↑+2Na⁺+H₂↑，导致平衡正向移动，所以离子浓度大小关系为：c（NH₃）＞c（NH₂^-）＞c（Na⁺）＞c（NH₄⁺）；
（4）NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，用水稀释促进电离，平衡正向移动，n（NH₃•H₂O）减少，n（NH₄⁺）增加，加水稀释促进一水合氨电离，溶液中c（OH^-）、c（NH₃．H₂O）、c（NH₄⁺）都减小，温度不变，水的离子积常数不变，则c（H⁺）增大．

解答 解：（1）据反应图象，先求出反应焓变，△H=反应物活化能-生成物活化能=（E₁-E₃）KJ/mol，即可写出热化学方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=2（E₁-E₃）kJ/mol；虚线部分和实线相比，只是活化能降低了，反应物和生成物能量相等，所以，虚线部分是使用了催化剂时的能量变化图线，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（E₃-E₁）kJ/mol；催化剂．
（2）由4amolH₂和2amolN₂放入VL的密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%，则
     　　　　 　N₂+3H₂ ?2NH₃
开始mol/L　 2×$\frac{a}{V}$   4×$\frac{a}{V}$     0
转化mol/L 　 $\frac{a}{V}$     3×$\frac{a}{V}$      2×$\frac{a}{V}$
平衡mol/L 　 $\frac{a}{V}$       $\frac{a}{V}$       2×$\frac{a}{V}$
用H₂表示的反应速率为=$\frac{\frac{3a}{V}}{2min}$=$\frac{3a}{2V}$mol/（L•min）=$\frac{0.025a}{V}$mol/（L•s），
K=$\frac{（\frac{2a}{V}）^{2}}{（\frac{a}{V}）^{4}}$=$\frac{4{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
若此时再向该容器中投入amolH₂、amolN₂和2amolNH₃，则浓度分别为：2×$\frac{a}{V}$mol/L； 2×$\frac{a}{V}$mol/L；4×$\frac{a}{V}$mol/L
则Q=${\frac{（\frac{4a}{V}）^{2}}{（\frac{2a}{V}）}}^{4}$=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$＜K，则化学平衡正向移动，
故答案为：$\frac{0.025a}{V}$mol/（L•s）；正向移动；
（3）①K是温度的函数，温度不变K值不变，故答案为：=；
②2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-，将少量金属钠投入液氨中，2NH₄⁺+2Na=NH₃↑+2Na⁺+H₂↑，平衡正向移动，所以离子浓度大小关系为c（NH₃）＞c（NH₂^-）＞c（Na⁺）＞c（NH₄⁺），
故答案为：=，c（NH₃）＞c（NH₂^-）＞c（Na⁺）＞c（NH₄⁺）；
（4）a．$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$相当于比较$\frac{n（N{{H}_{4}}^{+}）}{n（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，分子增加，分母减小，所以值增大，故a错误；
 b．$\frac{n（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（O{H}^{-}）}$相当于比较$\frac{n（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{n（O{H}^{-}）}$，分子减小，分母增加，所以值减小，故b正确；
 c．$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（{H}^{+}）}$分子减小，分母增加，所以值减小，故c正确；
 d．$\frac{c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$分子增加，分母减小，所以值增大，故d错误；
故答案为：b、c；

点评 本题考查化学平衡标志的分析判断，化学反应速率概念分析应用，明确影响化学反应速率及化学平衡的影响因素，弱电解质的电离等知识，综合性较强，难度较大．明确化学平衡的特征及弱电解质电离特点是解本题的关键．