Question

【題目】氯胺是由氯氣遇到氨氣反應(yīng)生成的一類化合物，是常用的飲用水二級消毒劑，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺(NH2Cl、NHCl2和NCl3)。

(1)氯胺作飲用水消毒劑是因為水解生成具有強(qiáng)烈殺菌作用的物質(zhì)，該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)式為________，二氯胺與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________。將0.01 mol NCl3通入100 mL 0.5 mol/L Na2SO3溶液中，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為_______mol。

(2)已知部分化學(xué)鍵的鍵能和化學(xué)反應(yīng)的能量變化如下表和下圖所示。

則反應(yīng)過程中的△H2=____kJ·mol-1，表中的x=_____。

(3)在密閉容器中反應(yīng)NH3(g)+Cl2(g)NH2Cl(g)+HCl(g)達(dá)到平衡，通過熱力學(xué)定律計算，不同溫度下理論上NH2Cl的體積分?jǐn)?shù)隨的變化如下圖所示。

①a、b、c三點(diǎn)對應(yīng)平衡常數(shù)的大小關(guān)系是(分別用Ka、Kb、Kc表示)_________。b點(diǎn)時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為________；

②T2℃，Q點(diǎn)對應(yīng)的速率：__________(填“>”、“<”或“=”)；

③在氨氯比一定時，提高NH3的轉(zhuǎn)化率的方法是__________(任寫1種)；

④若產(chǎn)物都是氣體，實(shí)驗測得NH2C1的體積分?jǐn)?shù)始終比理論值低，原因可能是______________。

Answer 1

【答案】H-O-C1 NHCl2+2H2O=NH3+2HC1O 0.06 -1405.6 191.2 Ka=Kb>Kc < 升溫或及時分離出產(chǎn)物NH2Cl 有副反應(yīng)，還可能生成NHCl2、NC13、N2等

【解析】

(1)氯胺與H2O反應(yīng)產(chǎn)生NH3和HClO；二氯胺與水反應(yīng)產(chǎn)生NH3和兩分子的HClO；NCl3與H2O反應(yīng)產(chǎn)生NH3和HClO，HClO將Na2SO3氧化為Na2SO4，HClO被還原為HCl，HCl與NH3結(jié)合形成NH4Cl，根據(jù)反應(yīng)前后元素化合價的變化分析電子轉(zhuǎn)移情況；

(2)根據(jù)反應(yīng)熱與反應(yīng)物、生成物的活化能大小分析，根據(jù)△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能分析；

(3)①平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，當(dāng)n(NH3)：n(Cl2)=0.4時結(jié)合NH2Cl的體積分?jǐn)?shù)為20%，通過物質(zhì)平衡轉(zhuǎn)化關(guān)系計算出各物質(zhì)平衡量，代入平衡常數(shù)公式計算；

②在T2溫度下，過Q點(diǎn)作垂線，此時Q點(diǎn)對應(yīng)NH2Cl的體積分?jǐn)?shù)偏高，聯(lián)系平衡移動即可得出正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率的大��；

③提高NH3的轉(zhuǎn)化率，則平衡應(yīng)該正向移動，聯(lián)系平衡移動的相關(guān)知識解答；

④NH2Cl的體積分?jǐn)?shù)始終比理論值低，可能的原因很多，可從副反應(yīng)或者有其他雜質(zhì)產(chǎn)生方面考慮回答即可。

(1)氯胺與H2O反應(yīng)產(chǎn)生NH3和HClO，反應(yīng)產(chǎn)生的HClO具有強(qiáng)的氧化性，其結(jié)構(gòu)式為H-O-Cl；二氯胺與水反應(yīng)產(chǎn)生NH3和兩分子的HClO，反應(yīng)方程式為：NHCl2+2H2O=NH3+2HC1O；NCl3與H2O反應(yīng)產(chǎn)生NH3和HClO，HClO將Na2SO3氧化為Na2SO4，HClO被還原為HCl，HCl與NH3結(jié)合形成NH4Cl，1 mol NCl3反應(yīng)產(chǎn)生3 mol HClO，氧化Na2SO3產(chǎn)生Na2SO4時轉(zhuǎn)移6 mol電子，則0.01 mol NCl3發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.06 mol電子；

(2)由于從能量數(shù)值看△H1=△H+△H2，所以△H2=△H1-△H=1416.9 kJ/mol-11.3 kJ/mol=1405.6 kJ/mol，物質(zhì)由能量高的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為能量低的狀態(tài)，反應(yīng)放出熱量，則反應(yīng)過程中的△H2=-1405.6 kJ/mol；由△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，得：1416.9 kJ/mol-(2×391.3 kJ/mol+x kJ/mol+431.8 kJ/mol)=+11.3kJ/mol，解得x=191.2 kJ/mol；

(3)①由于a、b兩點(diǎn)溫度相同，則Ka=Kb，由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，當(dāng)為定值時，T2下NH2Cl的體積分?jǐn)?shù)更小，說明T2下平衡逆向移動，則Kc變小，所以a、b、c三點(diǎn)化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系是：Ka=Kb>Kc；當(dāng)=0.4時，假設(shè)容器體積為V L，起始量n(NH3)=0.4 mol，n(Cl2)=1 mol，NH3變化量為x mol，則平衡時n(NH3)=(0.4-x) mol，n(Cl2)=(1-x) mol，n(NH2Cl)=n(HCl)=x mol，同溫同壓下氣體的體積比等于氣體的物質(zhì)的量的比，則：×100%=20%，解得x=0.28 mol，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kb=；

②在T2溫度下，Q點(diǎn)NH2Cl的體積分?jǐn)?shù)偏高，平衡將向著使NH2Cl的體積分?jǐn)?shù)下降的方向移動，所以Q點(diǎn)平衡逆移，v正<v逆；

③在氨氯比一定時，由(2)知△H>0，升高溫度，或及時分離出產(chǎn)物NHCl2，都會使平衡正向移動，NH3的轉(zhuǎn)化率升高；

④NH2Cl的體積分?jǐn)?shù)始終比理論值低，可能是：有副反應(yīng)，還可能生成NHCl2、NCl3、N2。