Question

氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用．请回答下列问题：

（1）如图1是1mol NO₂和1mol CO反应生成CO₂和NO过程中能量变化示意图（a、b均大 于0），且已知：2CO（g）+2NO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-c kJ?mol^-1（c＞0），请写出CO将NO₂还原至N₂时的热化学方程式

 

；
（2）如图2是实验室在三个不同条件的密闭容器中合成氨时，N₂的浓度随时间的变化曲线（以a、b、c表示）．已知三个条件下起始加入浓度均为：c（N₂）=0.1mol?L^-1，c（H₂）=0.3mol?L^-1；
合成氨的反应：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H＜0
①计算在a达平衡时H₂的转化率为

 

；
②由如图2可知，b、c各有一个条件与a不同，则c的条件改变可能是

 

； 试写出判断b与a条件不同的理由

 

；
（3）利用图2中c条件下合成氨（容积固定）．已知化学平衡常数K与温度（T）的关系如 下表：

T/（K）	298	398	498	…
K	4.1×106	K1	K2	…

①试确定K₁的相对大小，K₁

 

4.1x10⁶（填写“＞”“=”或“＜”）
②下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据的是

 

 （填序号字母）．
A．容器内NH₃的浓度保持不变 
B．2υ（ N₂）_正=υ（ H₂）_逆
C．容器内压强保持不变 
D．混合气体的密度保持不变
（4）①NH₄Cl溶液呈酸性的原因是（用离子反应方程式表示 ）

 

．
②25℃时，将pH=x氨水与pH=y的硫酸（且x+y=14，x＞11 ）等体积混合后，所得溶液中各种离子的浓度关系正确的是

 

A．c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）
B．c（NH₄⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
C．c（NH₄⁺）+c（H⁺）＞c（SO₄^2-）+c（OH^-）      
D．c（NH₄⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算,离子浓度大小的比较

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电离平衡与溶液的pH专题

分析：（1）依据图1是1molNO₂和1mol CO反应生成CO₂和NO过程中能星变化示意图，书写NO₂和CO反应生成CO₂和NO热化学方程式，根据盖斯定律结合已知方程式书写CO将NO₂还原至N₂时的热化学方程式；
（2）①N₂的浓度随时间的变化曲线分析，平衡后氮气的浓度变化为0.04mol/L，氢气的变化浓度为0.12mol/L，依据转化率概念计算；
②合成氨是放热反应，c曲线氮气平衡浓度增大说明平衡逆向进行，改变的是温度；b曲线和a曲线是相同的平衡状态，但达到平衡的时间少，说明是催化剂的作用；
（3）①依据合成氨是放热反应，温度升高平衡逆向进行分析平衡常数；
②平衡标志是整正逆反应速率相同，各成分的浓度保持不变分析选项；
（4）①氯化铵溶液中铵根两者水解显酸性；
②依据一水合氨存在电离平衡，x+y=14说明平衡状态下氢氧根离子和硫酸溶液中氢离子浓度相同，一水合氨电离平衡正向进行，溶液呈碱性，离子浓度关系可以依据溶液中的电荷守恒方向判断；

解答： 解：（1）依据图1是1molNO₂和1mol CO反应生成CO₂和NO过程中能星变化示意图，1mol NO₂和1mol CO反应生成CO₂和NO反应焓变=aKJ/mol-bKJ/mol=（a-b）KJ/mol，所以
①NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=（a-b）KJ/mol，
②2CO（g）+2NO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-c kJ?mol^-1（c＞0），
将①×2+②得：4CO（g）+2NO₂（g）=4CO₂（g）+N₂（g）△H=-（2b+c-2a）kJ?mol^-1，
故答案为：4CO（g）+2NO₂（g）=4CO₂（g）+N₂（g）△H=-（2b+c-2a）kJ?mol^-1；
（2）①N₂的浓度随时间的变化曲线分析，平衡后氮气的浓度变化为0.04mol/L，氢气的变化浓度为0.12mol/L，反应氢气转化率=

0.12mol/L

0.3mol/L

×100%=40%，
故答案为：40%；
②合成氨是放热反应，c曲线氮气平衡浓度增大说明平衡逆向进行，改变的是温度；b曲线和a曲线是相同的平衡状态，但达到平衡的时间少，说明是催化剂的作用，
故答案为：升高温度；因为加入催化剂能缩短达到平衡的时间，但化学平衡不移动，所以ba条件下达到平衡状态氮气的浓度相同；
（3）①合成氨是放热反应，温度升高平衡逆向进行，平衡常数减小所以K₁＜4.1x10⁶，
故答案为：＜；
②A．容器内NH₃的浓度保持不变，是平衡的标志，故A正确；
B．反应速率之比等于化学方程式系数之比，当v（ N₂）（正）=3v（ H₂）（逆）时，说明氢气的正逆反应速率相同，故B错误；
C．反应前后是气体压强变化的反应，容器内压强保持不变，说明反应达到平衡，故C正确；
D．反应过程中气体质量不变，体积不变，混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡，故D错误；
故选AC．
（4）①NH₄Cl溶液呈酸性的原因是铵根离子水解呈酸性，反应的离子方程式为：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺，
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；
②一水合氨存在电离平衡，x+y=14说明平衡状态下氢氧根离子和硫酸溶液中氢离子浓度相同，一水合氨电离平衡正向进行，溶液呈碱性，铵根离子浓度大于硫酸根离子浓度，氢氧根离子浓度大于氢离子浓度，选项B正确，AD错误；溶液中存在电荷守恒为c（NH₄⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-），所以c（NH₄⁺）+c（H⁺）＞c（SO₄^2-）+c（OH^-），故C正确；
故选BC．

点评：本题考查了热化学方程式的书写，图象分析判断，盖斯定律计算应用，化学平衡影响因素的分析判断平衡标志理解应用，盐类水解应用酸碱反应注意弱电解质的电离平衡影响，题目难度中等．