Question

【題目】氨為重要化工原料，有廣泛用途。

(1)合成氨中的氫氣可由下列反應(yīng)制�。�

a.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H=+216.4KJ/mol

b.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-41.2kJ/mol

則反應(yīng)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) △H=______。

(2)起始時(shí)投入氮?dú)夂蜌錃夥謩e為1mol、3mol，在不同溫度和壓強(qiáng)下合成氨。平衡時(shí)混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)與溫度關(guān)系如圖。

①恒壓時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是______(填序號(hào))：

A.N2和H2的轉(zhuǎn)化率相等 B.反應(yīng)體系密度保持不變

C.的比值為3:2 D.=2

②P1______P2(填“>”、“<”、“=”，下同)：反應(yīng)平衡常數(shù)：B點(diǎn)______D點(diǎn)；

③C點(diǎn)H2的轉(zhuǎn)化率______；(數(shù)值保留0.1%)在A、B兩點(diǎn)條件下，該反應(yīng)從開(kāi)始到平衡時(shí)生成氫氣平均速率：v(A)______v(B)(填“>”、“<”、“=”)。

(3)已知25℃時(shí)由Na2SO3和NaHSO3形成的混合溶液恰好呈中性，則該混合溶液中各離子濃度的大小順序?yàn)?/span>______________(已知25℃時(shí)，H2SO3的電離平衡常數(shù)Ka1=1×10-2，Ka2=1×10-7)

Answer 1

【答案】CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) △H=+175.2kJ/mol B < > 66.7% < c(Na+)>c(HSO3-)=c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)

【解析】

(1)將兩個(gè)熱化學(xué)方程式疊加，就可得到相應(yīng)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

(2)①根據(jù)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)任何一組分的速率不變，物質(zhì)的濃度、含量等不變判斷平衡狀態(tài)；

②該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，在溫度不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氨的含量增加；在壓強(qiáng)不變時(shí)，根據(jù)該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)分析判斷B、D兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)大��；

③根據(jù)C點(diǎn)時(shí)氨的含量是50%，利用三段式計(jì)算H2的轉(zhuǎn)化率；根據(jù)A、B兩點(diǎn)的溫度、壓強(qiáng)的大小及溫度、壓強(qiáng)與化學(xué)反應(yīng)速率的影響分析；

(3)利用物料守恒、電荷守恒分析比較離子濃度大小。

(1)a+b，整理可得CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) △H=+175.2kJ/mol；

(2)①A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在該反應(yīng)中N2、H2反應(yīng)的物質(zhì)的量的比是1：3，加入的物質(zhì)的物質(zhì)的量的比是1：3，所以無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡，N2和H2的轉(zhuǎn)化率都相等，不能據(jù)此判斷反應(yīng)為平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；

B.該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不相等的反應(yīng)，由于壓強(qiáng)恒定不變，若反應(yīng)未達(dá)到平衡，氣體體積就會(huì)發(fā)生變化，由于氣體質(zhì)量不變，所以密度就會(huì)發(fā)生變化，因此若密度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；

C.氫氣是反應(yīng)物，氨氣是生成物，若氫氣減少，則氨氣必然增加，其比值就會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)的比值不變時(shí)說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，但當(dāng)比值為3：2時(shí)，不一定說(shuō)明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，C錯(cuò)誤；

D.氮?dú)馐欠磻?yīng)物，氨氣是生成物，只要不平衡，若氮?dú)鉁p少，則氨氣比增加，其比值就會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)比值不變時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，但當(dāng)比值為2時(shí)，不一定說(shuō)明不再變化，所以不一定是平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是B；

②該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，在溫度不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的正反應(yīng)方向移動(dòng)，氨的含量增加，由圖可知，在溫度相同時(shí)，壓強(qiáng)為P1時(shí)的平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)小于壓強(qiáng)為P2時(shí)，所以根據(jù)圖示可知壓強(qiáng)：P2>P1，即P1<P2；

合成氨氣的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在壓強(qiáng)不變時(shí)，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)越小，D點(diǎn)的溫度高于B點(diǎn)的溫度，所以化學(xué)平衡常數(shù)：B>D；

③ N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

開(kāi)始(mol) 1 3 0

轉(zhuǎn)化(mol)x 3x 2x

平衡(mol)1-x 3-3x 2x

由于平衡時(shí)混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)為50%，=50%，解得x=2/3，由于氮?dú)馀c氫氣反應(yīng)的物質(zhì)的量的比是1:3，加入的物質(zhì)的物質(zhì)的量的比是1:3，所以氮?dú)馀c氫氣的轉(zhuǎn)化率相等，即為66.7%；

根據(jù)圖示可知A、B兩點(diǎn)平衡混合物中氨的含量相同，B點(diǎn)溫度和壓強(qiáng)均高于A點(diǎn)溫度和壓強(qiáng)，溫度升高，速率加快，壓強(qiáng)增大，速率加快，所以在A、B兩點(diǎn)條件下的化學(xué)反應(yīng)速率V(A)<V(B)；

(3)已知在25℃時(shí)，H2SO3的電離平衡常數(shù)Ka1=1×10-2，Ka2=1×10-7，可知SO32-的水解平衡常數(shù)Kh==1×10-7，根據(jù)物料守恒可知在該混合溶液中Na+濃度最大，可知Na2SO3的水解程度和NaHSO3的電離程度相等，所以c(HSO3-)=c(SO32-)，由Na2SO3和NaHSO3形成的混合溶液恰好呈中性，溶液顯中性，c(H+)=c(OH-)，鹽電離產(chǎn)生的離子濃度大于水電離產(chǎn)生的離子濃度，所以c(HSO3-)=c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)，因此該混合溶液中離子濃度大小關(guān)系為：c(Na+)> c(HSO3-)=c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)。