Question

11．以下是處于研究階段的“人工固氮”的新方法．N₂在催化劑表面與水發(fā)生反應(yīng)：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.4kJ/mol；完成下列填空：
（1）上述反應(yīng)在高溫（填高溫、低溫、任何溫度）下能自發(fā)進(jìn)行．
（2）該反應(yīng)平衡常數(shù)K的表達(dá)式K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）•{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$．
（3）上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，保持其他條件不變，升高溫度，重新達(dá)到平衡，則ac．
a．平衡常數(shù)K增大  b．H₂O的濃度減小  c．容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大  d．v_逆（O₂）減小
（4）研究小組分別在四個(gè)容積為2升的密閉容器中，充入N₂ 1mol、H₂O 3mol，在催化劑條件下進(jìn)行反應(yīng)3小時(shí)．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表：

序號(hào)	第一組	第二組	第三組	第四組
t/℃	30	40	50	80
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

第四組實(shí)驗(yàn)中以NH₃表示反應(yīng)的速率是33×10^-7mol/L•h，與前三組相比，NH₃ 生成量最小的原因可能是催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢．
（5）氨水是實(shí)驗(yàn)室常用的弱堿．
①往CaCl₂溶液中通入CO₂至飽和，無(wú)明顯現(xiàn)象．再通入一定量的NH₃后產(chǎn)生白色沉淀，此時(shí)溶液中一定有的溶質(zhì)是NH₄Cl．請(qǐng)用電離平衡理論解釋上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象飽和H₂CO₃溶液中電離產(chǎn)生的CO₃^2-很少，因此沒(méi)有沉淀，加入氨水后，促進(jìn)H₂CO₃的電離，CO₃^2-離子濃度增大，有沉淀產(chǎn)生．
②向鹽酸中滴加氨水過(guò)量至溶液呈中性，則離子濃度的關(guān)系是c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)△G=△H-T•△S進(jìn)行判斷，如△G＜0，則反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，如△G＞0，則不能自發(fā)進(jìn)行；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)的定義，生成物濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積；
（3）a．正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)K增大；
b．升高溫度，H₂O的濃度不變；
c．升高溫度，平衡正向移動(dòng)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大；
d．升高溫度正逆反應(yīng)速率都增加；
（4）3小時(shí)內(nèi)以NH₃濃度的變化量來(lái)表示；第四組溫度最高但達(dá)平衡時(shí)，氨氣的物質(zhì)的量最小，可能是溫度對(duì)催化劑的活性的影響；
（5）①通入一定量的NH₃后使溶液呈堿性，能夠生成NH₄Cl；
②根據(jù)電荷守恒，如溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），則有c （C1^-）=c（NH₄⁺），體系為NH₄Cl溶液和NH₃．H₂O，氨水過(guò)量較多時(shí)，溶液呈堿性：c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）．

解答 解：（1）2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.4kJ/mol，反應(yīng)中△H＞0，△S＞0，所以必須在高溫的條件下才能自發(fā)進(jìn)行，故答案為：高溫；
（2）反應(yīng)2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）•{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$，故答案為：K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）•{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$；
（3）a．正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)K增大，故選；
b．升高溫度，H₂O的濃度不變，故不選；
c．升高溫度，平衡正向移動(dòng)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大，故選；
d．升高溫度正逆反應(yīng)速率都增加，故不選；
故答案為：ac；
（4）3小時(shí)內(nèi)以NH₃濃度的變化量，v（NH₃）=$\frac{\frac{2×1{0}^{-6}mol-0}{2L}}{3h}$=33×10^-7mol/L•h，第四組溫度最高但達(dá)平衡時(shí)，氨氣的物質(zhì)的量最小，可能是催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢，故答案為：33×10^-7mol/L•h；催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢；
（5）①通入一定量的NH₃后使溶液呈堿性，能夠生成NH₄Cl，飽和H₂CO₃溶液中電離產(chǎn)生的CO₃^2-很少，因此沒(méi)有沉淀．加入氨水后，促進(jìn)H₂CO₃的電離，CO₃^2-離子濃度增大，有沉淀產(chǎn)生，故答案為：NH₄Cl；飽和H₂CO₃溶液中電離產(chǎn)生的CO₃^2-很少，因此沒(méi)有沉淀，加入氨水后，促進(jìn)H₂CO₃的電離，CO₃^2-離子濃度增大，有沉淀產(chǎn)生；
②體系為NH₄Cl溶液和NH₃．H₂O，氨水過(guò)量較多時(shí)，溶液呈堿性：c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)，以及影響化學(xué)速率的因素和弱電解質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究，利用假設(shè)法來(lái)分析解答即可，難度不大．