题目内容

9．合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，其反应原理为：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H＜0
回答下列问题：
（1）450℃时，往2L密闭容器中充人1molN2，和2.6molH2，反应过程中NH3的物质的量浓度随时间的变化情况如表所示：
时间/min51015202530
c（NH3）/（mol•L-1）0.080.140.180.200.200.20
①反应开始的5min内，生成NH3的平均反应速率为0.016mol/（L．min）；平衡时H2的转化率为23.1%；该反应的平衡常数为0.1．
②下列叙述中，能说明该合成氨反应已达到平衡的是BD（填字母代号）？
A．容器内的气体密度保持不变
B．容器内的气体压强保持不变
C．容器内N2、H2、NH3物质的量浓度之比为1：3：2
D．单位时间内消耗a molN2，同时生成3amolH2
③若再向平衡体系中充入l mol N2、2.5molH2、0.5mol NH3，平衡将正向移动（填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”）．
（2）由图表示反应速率与反应过程的关系，当反应达到平衡后不断改变条件（不改变N2、H2、NH3的量，每次只改变一种条件），其中t1时刻改变的条件是升高温度，表示平衡混合物中NH3的含量最高的一段时间是t0～t1段
（3）一种合成氨的新方法为：在常压下，把氢气和用氦气稀释的氮气分别通入570℃的电解池，让氢离子通过的多孔陶瓷固体作电解质，氢气和氮气在电极上合成氨，氢气转化率达到78%，该电解池阴极的电极反应式为N2+6H++6e-═2NH3．
（4）25℃时，pH=a的氨水与pH=b）的盐酸等体积混合，恰好完全反应，则该温度下原氨水电离的百分数可表示为A．
A.10（a+b-12）%    B.10（a+b-14）%     C.10（12-a-b）%   D.10（14-a-b）%

分析 （1）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算NH3的平均反应速率，根据氨气浓度计算氢气浓度变化量、平衡时各组分浓度，氢气转化率=$\frac{氢气浓度变化量}{氢气起始浓度}$×100%，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②反应到达平衡时，正逆反应速率相等，各组分的浓度、含量不变，由此衍生的其它一些物理量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
③计算浓度商Qc，与平衡常数比较判断反应进行方向；
（2）合成氨气是体积减小的放热反应，t1时刻改变的条件，逆反应速率增大，平衡向反应移动，应是升高温度，重新到达平衡后，氨气含量降低，t3时刻改变的条件，逆反应速率增大，平衡不移动，氨气的含量不变，应是加入催化剂，t4时刻改变的条件，逆反应速率降低，平衡向逆反应移动，应是降低压强，平衡时氨气的含量降低；
（3）阴极发生还原反应，氮气获得电子与多孔陶瓷的氢离子生成氨气；
（4）25℃时，pH=a的氨水与pH=1的盐酸等体积混合，恰好完全反应，设溶液体积为1L，则n（NH3．H2O）=n（HCl），根据氨水中氢氧根离子浓度计算电离的一水合氨，进而计算该温度下原氨水电离的百分数．

解答 解：（1）①反应开始的5min内，生成NH3的平均反应速率为$\frac{0.08mol/L}{5min}$=0.016mol/（L．min），由方程式可知氢气的浓度变化量为0.2mol/L×$\frac{3}{2}$=0.3mol/L，故氢气转化率为$\frac{0.3mol/L}{\frac{2.6mol}{2L}}$×100%=23.1%，
             N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）
起始量（mol/L）：0.5    1.3      0
变化量（mol/L）：0.1    0.3      0.2
平衡量（mol/L）：0.4    1       0.2
平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0.4×{1}^{3}}$=0.1，
故答案为：0.016mol/（L．min）；23.1%；0.1；
②A．混合气体总质量不变，容器容积不变，容器内的气体密度始终保持不变，故A错误；
B．随反应进行混合气体物质的量减小，恒温恒容下压强减小，容器内的气体压强保持不变说明到达平衡，故B正确；
C．平衡时各组分的浓度之比不一定等于化学计量数之比，与起始浓度、转化率有关，故C错误；
D．单位时间内消耗a molN2，会消耗3molH2，同时生成3amolH2，氢气的生成速率与消耗速率相等，反应到达平衡，故D正确，
故选：BD；
③若再向平衡体系中充入l mol N2、2.5molH2、0.5mol NH3，产生浓度商Qc=$\frac{（0.2+\frac{0.5}{2}）^{2}}{（0.4+\frac{1}{2}）×（1+\frac{2.5}{2}）^{3}}$＜K=0.1，故反应向正反应进行，
故答案为：正向移动；
（2）合成氨气是体积减小的放热反应，t1时刻改变的条件，逆反应速率增大，平衡向反应移动，应是升高温度，重新到达平衡后，氨气含量降低，t3时刻改变的条件，逆反应速率增大，平衡不移动，氨气的含量不变，应是加入催化剂，t4时刻改变的条件，逆反应速率降低，平衡向逆反应移动，应是降低压强，平衡时氨气的含量降低，故t0～t1段氨气的体积分数最大，
故答案为：升高温度；t0～t1段；
（3）阴极发生还原反应，氮气获得电子与多孔陶瓷的氢离子生成氨气，该电解池阴极的电极反应式为：N2+6H++6e-═2NH3，
故答案为：N2+6H++6e-═2NH3；
（4）25℃时，pH=a的氨水与pH=1的盐酸等体积混合，恰好完全反应，设溶液体积为1L，则n（NH3．H2O）=n（HCl）=1L×10-bmol/L=10-bmol，氨水中氢氧根离子为1L×10-14+amol/L=10-14+amol，则电离的一水合氨为10-14+amol，故该温度下原氨水电离的百分数为$\frac{1{0}^{-14+a}}{1{0}^{-b}}$×100%=10（a+b-12）%，
故选：A．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率计算、平衡状态判断、平衡常数应用、电解原理、弱电解质电离等，需要学生具备扎实的基础，难度中等．

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利用图3装置对高氯酸铵热分解产生的三种气体进行分别吸收或收集．
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 时间（min）

浓度（mol•L-1）		01020304050
NO1.000.580.400.400.480.48
N200.210.300.300.360.36
CO200.210.300.300.360.36
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（2）TiCl4在常温下是一种无色液体，而FeCl3可用升华法提纯，则两种氯化物均属于分子晶体．
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