Question

16．氨、烧碱在工农业生产和工业废水处理中具有广泛用途．回答下列问题：
（1）工业上制取硝酸的第一步是以氨和空气为原料，用铂一铑合金网为催化剂，在氧化炉中（温度为800℃）进行氨催化氧化反应．该反应的氧化产物为一氧化氮（填名称）．
（2）某工业废水中含有Mg²⁺、Cu²⁺等离子．取一定量的该工业废水，向其中滴加烧碱溶液，当Mg（OH）₂开始沉淀时，溶液中$\frac{{c（C{U^{2+}}）}}{{c（M{g^{2+}}）}}$为1.2×10^-9．已知K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20．
（3）已知反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的△H=-92.2kJ•mol^-1，1mol^-1N₂（g），1molH₂（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收944.6Kj、436Kj的能量，则1molNH₃（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为1172.4Kj．
（4）Fritz Haber 研究了下列反应：N₂（g）+3h₂?2NH₃（g）
在500℃、20MPa时，将N₂和H₂通入到体积为2L的密闭容器中，反应过程中各种物质的物质的量变化如图所示：
①在0～10min内，平均反应速率υ（NH₃）=0.005mol/（L．min）
②在10～20min内，各物质浓度变化的原因可能是加了催化剂（填“加了催化剂”或“降低温度”），其判断理由是10-20min内，N₂、H₂、NH₃的物质的量变化大于0-10min内的变化程度，后10min的平均反应速率大于钱10min内的平均反应速率，缩小体积相当于增大压强，应该反应物的速率增加倍数大，降低温度，应该反应速率减小，增加NH₃物质的量，逆反应速率增加的倍数大，故只有使用催化剂符合
③温度和密闭容器的容积一定时，当容器内的总压强不再随时间而变化，反应是否达到了化学平衡状态？是（填“是”或“否”）其判断理由是反应为气体体积减小的反应，反应前后气体体积发生变化，温度和密闭容器的容积一定时，压强之比等于气体物质的量之比，压强不变说明反应达到平衡状态
④500℃时，该反应的平衡常数K的计算式为$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{\frac{0.25mol}{2L}×（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$（不需要算出结果，）NH₃的体积分数是42.86%（保留两位小数）

Answer 1

分析 （1）氨气的催化氧化生成一氧化氮和水，元素化合价升高失去电子做还原剂，被氧化生成氧化产物；
（2）某工业废水中含有Mg²⁺、Cu²⁺等离子．取一定量的该工业废水，向其中滴加烧碱溶液，当Mg（OH）₂开始沉淀时，$\frac{c（C{u}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{c（C{u}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$×$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{Ksp（Cu（OH）_{2}）}{Ksp（Mg（OH）_{2}）}$；
（3）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1molNH₃（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量；
（4）①根据反应速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算；
②根据图象知，平衡向正反应方向移动，10min时是连续的，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明为使用催化剂；
③温度和密闭容器的容积一定时，当容器内的总压强不再随时间而变化说明反应达到平衡状态时，物质的量不变；
④化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；

解答 解：（1）用铂一铑合金网为催化剂，在氧化炉中（温度为800℃）进行氨催化氧化反应．4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O，该反应的氧化产物为NO，
故答案为：一氧化氮；
（2）取一定量的该工业废水，工业废水中含有Mg²⁺、Cu²⁺等离子，向其中滴加烧碱溶液，
当Mg（OH）₂开始沉淀时，$\frac{c（C{u}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{c（C{u}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$×$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{Ksp（Cu（OH）_{2}）}{Ksp（Mg（OH）_{2}）}$=$\frac{2.2×1{0}^{-20}}{1.8×1{0}^{-11}}$=1.2×10^-9，
故答案为：1.2×10^-9；
（3）已知反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的△H=-92.2kJ•mol^-1，1mol^-1N₂（g），1molH₂（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收944.6Kj、436Kj的能量，则1molNH₃（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为E，则得到944.6KJ+3×436KJ-2×E=-92.2KJ/mol，E=1172.4KJ，
故答案为：1172.4；
（4）①根据反应速率v（NH₃）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{（0.1-0）mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L．min），
故答案为：0.005mol/（L．min）；
②由图象可知各组分物质的量变化增加，且10min时变化是连续的，20min达平衡时，△n（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，
△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物质的量变化之比等于化学计量数之比，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明10min可能改变的条件是使用催化剂，缩小体积相当于增大压强，应该反应物的速率增加倍数大，降低温度，应该反应速率减小，增加NH₃物质的量，逆反应速率增加的倍数大，故只有使用催化剂符合，
故答案为：加了催化剂；10-20min内，N₂、H₂、NH₃的物质的量变化大于0-10min内的变化程度，后10min的平均反应速率大于钱10min内的平均反应速率，缩小体积相当于增大压强，应该反应物的速率增加倍数大，降低温度，应该反应速率减小，增加NH₃物质的量，逆反应速率增加的倍数大，故只有使用催化剂符合；
③N₂（g）+3H₂?2NH₃（g），反应为气体体积减小的放热反应，温度和密闭容器的容积一定时，当容器内的总压强不再随时间而变化说明反应达到平衡状态，
故答案为：是；反应为气体体积减小的反应，反应前后气体体积发生变化，温度和密闭容器的容积一定时，压强之比等于气体物质的量之比，压强不变说明反应达到平衡状态；
④由图象可以看出，当反应进行到时20-25min，各物质的量不变，说明反应达到平衡状态，化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，由图象可知，20min达平衡时，n（N₂）=0.25mol，n（H₂）=0.15mol，n（NH₃）=0.3mol，所以所以其平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{\frac{0.25mol}{2L}×（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$，体积分数等于气体物质的量分数，
平衡时NH₃的体积分数=$\frac{0.3mol}{0.25mol+0.15mol+0.3mool}$×100%=42.86%，
故答案为：$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{\frac{0.25mol}{2L}×（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$；42.86%；

点评 本题考查化学反应速率、化学平衡的计算、平衡移动以及平衡状态的判断、化学能量变化和键能的计算分析判断，注意对图象的分析，题目难度中等．