Question

1．已知：氮气和氢气合成氨反应为：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1
请回答下列问题：
（1）取1mol N₂（g）和3molH₂（g）充入一密闭容器中，一定条件下进行反应并达平衡时，测得反应放出的热量小于92kJ（填“大于”、“等于”或“小于”），原因是由于是可逆反应，1mol N₂ 和3mol H₂ 放在密闭容器中不可能完全转化为2mol的氨气，所以放出热量一定小于92.0 kJ；若升高温度，上述反应中△H不变 （填“变大”、“变小”或“不变”）．
（2）已知：分别破坏1molN-H键、1mol H-H键需要吸收的能量为：391kJ、436kJ，则破坏1mol N≡N键需要吸收的能量为946 kJ/mol．
（3）一定条件下，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1molNH₃（g） 并发生上述反应．半分钟后反应达到平衡，测得v（NH₃）=0.40mol/（L•min），则上述合成氨反应的平衡常数为$\frac{100}{3}$．
（4）向三个体积均为1L的恒容密闭容器中分别充入1molN₂和3molH₂，当分别只改变其中一个外界条件时使反应达到平衡，测得氨的体积分数随时间的变化如图所示．

上述图象中，只改变温度的为Ⅰ（填“I”“II”“III”，下同），只改变压强的为Ⅲ，只改变催化剂的为Ⅱ．
（5）若把标准状况下8.96L氨气通入到100g9.8%的硫酸溶液中并完全吸收，所得溶液中离子浓度从大到小的顺序是c（NH⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（6）常温下，向浓度均为0.1mol/L的MgCl₂、FeCl₃和AlCl₃混合溶液中通入NH₃至过量，最先生成沉淀的化学式为Fe（OH）₃，当pH=6时，开始生成Mg（OH）₂沉淀．
（已知：Ksp[Mg（OH）₂]=1.0×10^-13； Ksp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-40；Ksp[Al（OH）₃]=1.0×10^-33）

Answer 1

分析 （1）N₂ 和H₂反应生成2mol NH₃时放出的热量为92.0kJ，是指1mol氮气和1mol的氢气完全反应生成2mol的氨气放出的热量为92.0kJ，1mol N₂ 和3mol H₂ 放在密闭容器中不可能完全转化为氨气，反应热△H与物质的化学计量数有关，由此分析解答；
（2）热化学方程式中，反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，据此计算出断开1mol N≡N键吸收的能量；
（3）化学平衡常数=生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
（4）根据勒夏特列原理和图象进行分析；
（5）氨气和酸反应生成对应的盐，根据水解解原理、电离原理来比较离子浓度的大小；
（6）物质的溶度积越小，越易形成沉淀；

解答 解：（1）N₂ 和H₂反应生成2mol NH₃时放出的热量为92.0kJ，是指1mol氮气和1mol的氢气完全反应生成2mol的氨气放出的热量为92.0kJ，1mol N₂ 和3mol H₂ 放在密闭容器中不可能完全转化为氨气，所以放出热量一定小于92.0 kJ，反应热△H与物质的化学计量数有关，物质的化学计量数不变，热化学方程式中反应热不变，
故答案为：小于；由于是可逆反应，1mol N₂ 和3mol H₂ 放在密闭容器中不可能完全转化为2mol的氨气，所以放出热量一定小于92.0 kJ；不变；
（2）设N≡N的键能为x，
对于反应N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.0kJ/mol，
反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，故x+3×436kJ/mol-2×3×391kJ/mol=-92.0kJ/mol
解得：x=946 kJ/mol，
故答案为：946 kJ/mol；
（3）平衡时，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
开始（mol/L）   0.5              0             0
转化（mol/L）  0.5×0.40       0.1        0.3
平衡（mol/L）    0.3             0.1         0.3
K=$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{0.1×0．{3}^{3}}{0．{3}^{2}}$；
则上述合成氨反应的平衡常数K=$\frac{0．{3}^{2}}{0.1×0．{3}^{3}}$=$\frac{100}{3}$
故答案为：$\frac{100}{3}$
（4）图象Ⅰ是改变温度，升温反应速率加快，达到平衡时间短，反应放热，平衡逆向移动，故T₂＞T₁；
图象Ⅱ是加催化剂，催化剂只改变反应速率，平衡状态不改变；
图象Ⅲ改变压强，增大压强反应速率加快，平衡正向移动，故P₁＞P₂．
故答案为：Ⅰ；Ⅲ；Ⅱ；
（5）标准状况下8.96L氨气即0.4mol氨气通入到100g9.8%的硫酸溶液即0.1mol的硫酸溶液中：生成0.1mol（NH₄）₂SO₄，过量0.2molNH₃•H₂O，所以c（NH⁺）最大，c（H⁺）最小，所得溶液中离子浓度从大到小的顺序是c（NH⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（NH⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（6）根据Al（OH）₃、Mg（OH）₂、Fe（OH）₃的溶度积常数，在25℃下，向浓度均为0.1mol•L^-1的AlCl₃、MgCl₂和FeCl₃混合溶液中通入NH₃至过量，三种离子开始沉淀时的OH^-浓度分别是：$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-40}}{0.1}}$=1.0×10^-13＜$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-33}}{0.1}}$=2.15×10^-11＜$\sqrt{\frac{1.0×1{0}^{-13}}{0.1}}$=1.0×10^-6，加入相同的浓度的氨水，Fe（OH）₃最先析出；pH=-lg（1.0×10^-6）=6，故当pH=6时，开始生成Mg（OH）₂沉淀，
故答案为：Fe（OH）₃；6．

点评 题目综合性较大，涉及化学平衡的相关知识、从键能的角度计算反应热、溶度积计算等，难度中等．