Question

17．氨氣是生產(chǎn)化肥、硝酸等的重要原料，圍繞合成氨人們進(jìn)行了一系列的研究
（1）三氯化氮水解可生成氨氣和物質(zhì)X，X的電子式為．
（2）已知：N₂（g）+3H₂ （g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，斷裂1molN≡N鍵需要的能量為946kJ．

（3）常溫下，向amol•L^-1的氨水中加入等體積bmol•L^-1的鹽酸，混合后溶液呈中性，則該溫度下氨水的電離平衡常數(shù)為$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$（用含a和b的代數(shù)式表示）．
（4）在相同溫度下，向甲、乙、丙三個(gè)容積相同的恒容密閉容器中按照下列三種方式分別投料，發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂ （g）?2NH₃（g），測(cè)得甲容器中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為40%．

	n（N2）/mol	N（H2）/mol	N（NH3）/mol
甲	1	3	0
乙	0.5	1.5	1
丙	0	0	4

①乙容器中起始反應(yīng)逆向（填“正向”“逆向”或“不”）移動(dòng)．
②達(dá)到平衡時(shí)，甲、乙、丙三個(gè)容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)由大到小順序?yàn)楸�＞�?乙．
（5）現(xiàn)分別在150℃、300℃、500℃時(shí)向反應(yīng)器中按n（N₂）：n（H₂）=1：3投料發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂ （g）?2NH₃（g），該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，體系中NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化曲線如圖所示．

①150℃時(shí)發(fā)生的反應(yīng)可用曲線m（填“m”“n”或“l(fā)”）表示．
②上圖中A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K（A）＞K（B）=K（C）．
③若B點(diǎn)時(shí)c（NH₃）=0.6mol•L^-1，則此時(shí)反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{400}{3}$．

Answer 1

分析 （1）三氯化氮水解依據(jù)水解實(shí)質(zhì)分析應(yīng)生成氨氣和次氯酸；
（2）熱化學(xué)方程式中，反應(yīng)熱=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，據(jù)此計(jì)算出斷開1mol N≡N鍵吸收的能量；
（3）將a mol•L^-1的氨水與b mol•L^-1的鹽酸等體積混合，反應(yīng)后溶液顯中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，根據(jù)氨水的電離平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；
（4）①甲、乙是完全等效平衡，平衡時(shí)對(duì)應(yīng)各組分的物質(zhì)的量相等，根據(jù)甲中氫氣的轉(zhuǎn)化率計(jì)算平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量，與乙中氫氣的物質(zhì)的量比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
②甲、乙是完全等效平衡，平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)相等，丙相當(dāng)于在甲平衡的基礎(chǔ)上，再加入1molN₂、3molH₂，壓強(qiáng)增大平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，據(jù)此解答；
（5）①N₂（g）+3H₂ （g）?2NH₃（g）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，氨氣的含量越低；
②升高溫度，平衡向逆方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減��；
③B點(diǎn)時(shí)c（NH₃）=0.6mol•L^-1，氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為60%，則混合氣體總物質(zhì)的量為$\frac{0.6mol/L}{60%}$=1mol/L，則氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量濃度為（1-0.6）×$\frac{1}{4}$=0.1mol/L，則氫氣的物質(zhì)的量濃度為0.3mol/L，結(jié)合平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算．

解答 解：（1）三氯化氮水解依據(jù)水解實(shí)質(zhì)分析應(yīng)生成氨氣和次氯酸，NCl₃+3H₂O═NH₃+3HClO，所以最初應(yīng)生成氨氣和HClO，HClO的電子式為；
故答案為：；
（2）已知：H-H鍵能為436kJ/mol，NH₃中3個(gè)N-H鍵能為1173.2kJ/mol，設(shè)N≡N的鍵能為x，
對(duì)于反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
反應(yīng)熱=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，故x+3×436kJ/mol-2×1173.2kJ/mol=-92.4kJ/mol
解得：x=946 kJ/mol，則斷裂1molN≡N鍵需要的能量為946kJ；
故答案為：946；
（3）將a mol•L^-1的氨水與b mol•L^-1的鹽酸等體積混合，反應(yīng)后溶液顯中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，
溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=$\frac{2}$mol/L，混合后反應(yīng)前c（NH₃•H₂O）=$\frac{a}{2}$mol/L，
則反應(yīng)后一水合氨的濃度為：c（NH₃•H₂O）=（$\frac{a}{2}$-$\frac{2}$）mol/L，
則氨水的電離平衡常數(shù)為K=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{\frac{2}×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-\frac{2}}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$；
故答案為：$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$；
（4）①甲、乙是完全等效平衡，平衡時(shí)對(duì)應(yīng)各組分的物質(zhì)的量相等，平衡時(shí)甲容器中H₂的轉(zhuǎn)化率為40%，則平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為3mol×（1-40%）=1.8mol，乙中氫氣為1.5mol，小于1.8mol，則乙容器中反應(yīng)進(jìn)行的方向是逆向，
故答案為：逆向；
②甲、乙是完全等效平衡，平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)相等，丙相當(dāng)于在甲平衡的基礎(chǔ)上，再加入1molN₂、3molH₂，壓強(qiáng)增大平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，故體積分?jǐn)?shù)：丙＞甲=乙，
故答案為：丙＞甲=乙；
（5）①N₂（g）+3H₂ （g）?2NH₃（g）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，氨氣的含量越低，150℃時(shí)溫度最低，所以反應(yīng)進(jìn)行的程度最大，即氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最大，其對(duì)應(yīng)的曲線為m；
故答案為：m；
②升高溫度，平衡向逆方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小，B、C點(diǎn)在同一溫度曲線上，所以B、C點(diǎn)的平衡常數(shù)相同，A點(diǎn)的溫度低，所以A點(diǎn)的K大，則K（A）＞K（B）=K（C）；
故答案為：K（A）＞K（B）=K（C）；
③B點(diǎn)時(shí)c（NH₃）=0.6mol•L^-1，氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為60%，則混合氣體總物質(zhì)的量為$\frac{0.6mol/L}{60%}$=1mol/L，則氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量濃度為（1-0.6）×$\frac{1}{4}$=0.1mol/L，則氫氣的物質(zhì)的量濃度為0.3mol/L，此時(shí)反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0．{6}^{2}}{0.1×0．{3}^{3}}$=$\frac{400}{3}$；
故答案為：$\frac{400}{3}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了弱電解質(zhì)的電離平衡和電離常數(shù)的計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)和平衡常數(shù)的計(jì)算、電子式、鍵能的計(jì)算等，題目難度中等，題目綜合性較強(qiáng)，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力和計(jì)算能力．