Question

6．合成氨技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑，其研究來自正確的理論指導(dǎo)，合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K值和溫度的關(guān)系如表：

溫 度（℃）	360	440	520
K值	0.036	0.010	0.0038

（1）①由上表數(shù)據(jù)可知該反應(yīng)為放熱 （填放熱，吸熱，無法確定�。┓磻�(yīng)．
②下列措施能用勒夏特列原理解釋是ad．（填序號）
a．增大壓強(qiáng)有利于合成氨              b．使用合適的催化劑有利于快速生成氨
c．生產(chǎn)中需要升高溫度至500°C左右    d．需要使用過量的N₂，提高H₂轉(zhuǎn)化率
（2）0.2mol氨氣溶于水后再與含有0.2mol硫酸的溶液反應(yīng)放熱QkJ，請你用熱化學(xué)方程式表示其反應(yīng)
式NH₃．H₂O（aq）+H₂SO₄（aq）=NH₄HSO₄（aq）+H₂O（l）△H=-5Q kJ•mol^-1．
（3）常溫時，將amol氨氣溶于水后，再通入bmol氯化氫，溶液體積為1L，且c（NH₄⁺）=c（Cl^-），則一水合
氨的電離平衡常數(shù)K_b=$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$．（用ab表示）
（4）原料氣H₂可通過反應(yīng) CH₄（g）+H₂O （g）?CO（g）+3H₂（g） 獲取，已知該反應(yīng)中，當(dāng)初始混合氣
中的$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{H}_{4}）}$恒定時，溫度、壓強(qiáng)對平衡混合氣CH₄含量的影響如圖所示：
①圖中，兩條曲線表示壓強(qiáng)的關(guān)系是：P₁＜P₂
（填“＞”、“=”或“＜”）．
②其它條件一定，升高溫度，氫氣的產(chǎn)率會增大．（填“增大”，“減小”減小，“不變”不變）
（5）原料氣H₂還可通過反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g） 獲取．
①T℃時，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應(yīng)達(dá)平衡后，測得CO的濃度為0.08mol•L^-1，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K值為2.25．
②保持溫度仍為T℃，容積體積為5L，改變水蒸氣和CO的初始物質(zhì)的量之比，充入容器進(jìn)行反應(yīng)，下列描述能夠說明體系處于平衡狀態(tài)的是cd（填序號）．
a．容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時間改變   b．混合氣體的密度不隨時間改變
c．單位時間內(nèi)生成a mol CO₂的同時消耗a mol H₂
d．混合氣中n（CO）：n（H₂O）：n（CO₂）：n（H₂）=1：16：6：6．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)圖標(biāo)數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)行說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
②勒夏特列原理為：如果改變影響平衡的條件之一，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動，使用勒夏特列原理時，該反應(yīng)必須是可逆反應(yīng)，否則勒夏特列原理不適用；
（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫方法以及熱化學(xué)方程式的意義來回答；
（3）根據(jù)電荷守恒，溶液中c（NH⁺₄）=c（Cl^-），所以溶液中氫離子和氫氧根離子濃度都是10^-7mol/L，根據(jù)氯離子濃度計算c（NH₄⁺），利用物料守恒計算溶液中c（NH₃．H₂O），代入NH₃•H₂O的電離常數(shù)表達(dá)式計算；
（4）①依據(jù)圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，平衡逆向進(jìn)行，甲烷平衡含量越高；
②壓強(qiáng)一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進(jìn)行，依據(jù)平衡移動原理分析判斷；
（5）①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計算得到；
②化學(xué)平衡狀態(tài)，反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變分析選項．

解答 解：（1）①圖表中平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)，放熱；
②a．增大壓強(qiáng)，合成氨反應(yīng)向著氣體的系數(shù)和減小的方向進(jìn)行，有利于合成氨，可以用平衡移動原理解釋，故正確；
b．使用合適的催化劑只能加快反應(yīng)速率，但是不會引起平衡的移動，不可以用平衡移動原理解釋，故錯誤；
c．合成氨反應(yīng)是放熱的，升高溫度，反應(yīng)逆向移動，生產(chǎn)中需要升高溫度至500°C左右是為了加快反應(yīng)速率，提高催化活性，不可以用平衡移動原理解釋，故錯誤；
d．使用過量的N₂，合成氨反應(yīng)正向移動，可以提高H₂轉(zhuǎn)化率，可以用平衡移動原理解釋，故正確；
故選：ad；
（2）0.2mol氨氣溶于水后再與含有0.2mol硫酸的溶液反應(yīng)放熱QkJ，則1mol氨氣溶于水后再與含有硫酸的溶液反應(yīng)放熱5QkJ，即NH₃．H₂O（aq）+H₂SO₄（aq）=NH₄HSO₄（aq）+H₂O（l）△H=-5Q kJ•mol^-1，故答案為：NH₃．H₂O（aq）+H₂SO₄（aq）=NH₄HSO₄（aq）+H₂O（l）△H=-5Q kJ•mol^-1；
（3）根據(jù)電荷守恒，溶液中c（NH⁺₄）=c（Cl^-），故溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.5×bmol•L^-1，故混合后溶液中c（NH₃．H₂O）=0.5×amol•L^-1-0.5bmol•L^-1=（0.5a-0.5b）mol/L，NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{1{0}^{-7}×0.5b}{0.5a-0.5b}$=$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$，故答案為：$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$；
（4）①依據(jù)圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，平衡逆向進(jìn)行，甲烷平衡含量越高，所以P₂＞P₁；故答案為：＜；
②壓強(qiáng)一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)是吸熱的，條件一定，升高溫度，氫氣的產(chǎn)率會增大，故答案為：增大；
（5）①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算平衡濃度，℃時，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應(yīng)達(dá)平衡后，測得CO的濃度為0.08mol•L^-1，
                             CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 0.2             0.2             0               0
變化量（mol/L） 0.12            0.12         0.12            0.12
平衡量（mol/L） 0.08             0.08          0.12             0.12
則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.08}$=2.25；
故答案為：2.25；
②化學(xué)平衡狀態(tài)，反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變分析選項，CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g），反應(yīng)是氣體體積不變反應(yīng)；
a．反應(yīng)過程中和平衡狀態(tài)下壓強(qiáng)相同，容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時間改變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a不符合；
b．混合氣體質(zhì)量守恒，反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)過程中和平衡狀態(tài)下，混合氣體的密度不隨時間改變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b不符合；
c．單位時間內(nèi)生成amolCO₂的同時消耗amolH₂，說明二氧化碳或氫氣的正逆反應(yīng)速率相同，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c符合；
d．混合氣中n（CO）：n（H₂O）：n（CO₂）：n（H₂）=1：16：6：6，依據(jù)反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量相同，可以利用物質(zhì)的量代替濃度計算濃度商和平衡常數(shù)比較，
Q=$\frac{6×6}{1×16}$=2.25=K，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d符合；
故答案為：cd．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素，平衡標(biāo)志分析，平衡常數(shù)的計算應(yīng)用，主要是圖象分析判斷，平衡移動原理的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．