Question

氨是一種重要的化工產(chǎn)品．其合成原理為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1；
         4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ?mol^-1
         2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
   則N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=

 

．
（2）合成氨反應中平衡混合物中氨氣的體積分數(shù)與壓強、溫度的關系如圖．若曲線a對應的溫度為500℃，則曲線b對應的溫度可能是

 

．
A.600℃B.550℃C.500℃D.450℃
（3）合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應制備．發(fā)生反應為：CH₄（g）+H₂O（g）

催化劑

加熱

CO（g）+3H₂（g）；△H＞0
在一定溫度下，在1L容器中發(fā)生上述反應，各物質的物質的量濃度變化如下表：

t/min	CH4（mol?L-1）	H2O（mol?L-1）	CO（mol?L-1）	H2（mol?L-1）
0	0.2	0.3	0	0
2	n1	n2	n3	0.3
3	n1	n2	n3	0.3
4	0.09	0.19	x	0.33

①表中x=

 

mol?L^-1；前2min內CH₄的平均反應速率為

 

．
②反應在3～4min之間，氫氣的物質的量增多的原因可能是

 

（填代號）
A．充入水蒸汽B．升高溫度C．使用催化劑D．充入氫氣
（4）已知：Kw(H2O)=1.0×10-14、Ksp[A1(OH)3]=1.3×10-33、Kb(NH3?H2O)=1.7×10^-5，NH4++[A1(OH)4]-=A1(OH)3↓+NH3?H2O．向含有等物質的量NH4+、A13+、H+的混合溶液中慢慢加NaOH溶液，直至過量，并不斷攪拌，依次發(fā)生了數(shù)個離子反應，其中：第二個離子反應的離子方程式是

 

，最后一個離子反應的離子方程式是

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律構造目標熱化學方程式，據(jù)此計算；
（2）合成氨是放熱反應，壓強一定，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，氨氣的含量降低；
（3）由2min、3min氫氣的濃度可知，2min達平衡狀態(tài)，則：
            CH₄（g）+H₂O（g）

催化劑

加熱

CO（g）+3H₂（g）；
開始（mol/L）：0.2      0.3         0      0
變化（mol/L）：0.1      0.1         0.1    0.3
平衡（mol/L）：0.1      0.2         0.1    0.3
4min時，甲烷、水蒸氣、氫氣的濃度變化分別為0.01、0.01、0.03，等于化學計量數(shù)之比，應是升高溫度平衡向正反應方向移動，
根據(jù)氫氣的濃度變化量，利用濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比計算CO的濃度；
根據(jù)v=

△c

△t

計算v（H₂），再根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（CH₄）；
（4）令溶液中Al³⁺、H⁺的濃度都為1mol/L，則平衡時對應氫氧根離子的濃度分別為10^-11、10^-14，故H⁺先與氫氧根離子反應；水與一水合氨的電離結構類似，一水合氨的電離常數(shù)大，故NH₄⁺結合OH^-的能力比H⁺弱，由NH₄⁺+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+NH₃?H₂O可知，NH₄⁺結合OH^-的能力比Al（OH）₃，比Al³⁺弱，據(jù)此解答．

解答：解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1；
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ?mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，③×

3

2

+①-②×

1

2

得N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）故△H=

3

2

×（-483.6kJ?mol^-1）+180.5kJ?mol^-1-

1

2

×（-905kJ?mol^-1）=-92.4kJ?mol^-1，
故答案為：-92.4kJ?mol^-1；
（2）合成氨是放熱反應，壓強一定，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，氨氣的含量降低，由圖象可知，曲線b表示氨氣的含量高，故曲線b對應的溫度應低于500℃，
故答案為：D；
（3）由2min、3min氫氣的濃度可知，2min達平衡狀態(tài)，則：
            CH₄（g）+H₂O（g）

催化劑

加熱

CO（g）+3H₂（g）；
開始（mol/L）：0.2      0.3         0      0
變化（mol/L）：0.1      0.1         0.1    0.3
平衡（mol/L）：0.1      0.2         0.1    0.3
4min時，甲烷、水蒸氣、氫氣的濃度變化分別為0.01、0.01、0.03，等于化學計量數(shù)之比，應是升高溫度平衡向正反應方向移動，
①4min時氫氣的濃度變化量為0.33mol/L，故CO的濃度變化量x=0.33mol/L×

1

3

=0.11mol/L；
2min內v（H₂）=

0.3mol

2min

=0.15mol/（L?min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，故v（CH₄）=

1

3

v（H₂）=

1

3

×0.15mol/（L?min）=0.05mol/（L?min），
故答案為：0.11；0.05mol/（L?min）；
②由上述分析可知，4min時，甲烷、水蒸氣、氫氣的濃度變化分別為0.01、0.01、0.03，等于化學計量數(shù)之比，應是升高溫度平衡向正反應方向移動，
故答案為：B；
（4）令溶液中Al³⁺、H⁺的濃度都為1mol/L，則平衡時對應氫氧根離子的濃度分別為10^-11、10^-14，故H⁺先與氫氧根離子反應；水與一水合氨的電離結構類似，一水合氨的電離常數(shù)大，故NH₄⁺結合OH^-的能力比H⁺弱，由NH₄⁺+[Al（OH）₄]^-=Al（OH）₃↓+NH₃?H₂O可知，NH₄⁺結合OH^-的能力比Al（OH）₃，比Al³⁺弱，即結合OH^-的能力H⁺＞Al³⁺＞NH₄⁺＞Al（OH）₃，故第二個離子反應的離子方程式是Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，最后一個離子反應的離子方程式是Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-，
故答案為：Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓；Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-．

點評：本題考查反應熱計算、化學平衡的有關計算、平衡常數(shù)的應用等，題目綜合性較大，難度較大，（4）中判斷4min時改變條件是關鍵，（4）注意根據(jù)平衡常數(shù)、離子方程式判斷結合氫氧根離子的能力強弱．