Question

7．運用化學反應原理研究NH₃的性質具有重要意義．
（1）科學家一直致力于“人工固氮”的新方法研究．據報道，在光照條件下，N₂在催化劑表面與水發(fā)生反應生成NH₃和另一種單質．在使用催化劑和不使用催化劑時，該反應過程和能量的變化關系如圖所示．

①寫出該反應的化學方程式2N₂+6H₂O$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{光照}$4NH₃+3O₂．
②a和b相比，二者的平衡常數關系是K_a=K_b（填“＞”、“=”或“＜”）．
③升高溫度，平衡時NH₃的含量增大（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（2）在 0.5L的密閉容器中，一定量的 N₂和H₂發(fā)生反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，
400℃時，K=0.5，某一時刻測得N₂、H₂ 和NH₃三種物質物質的量分別為2mol、2mol和3mol，則該反應的v_正（N₂）＞v_逆（N₂）（填“＞”“=”或“＜”）．
（3）將NH₃氣體通入稀鹽酸中，若存在[NH₄⁺]＞[Cl^-]＞[OH^-]＞[H⁺]的關系，此時所得溶液的溶質是NH₃．H₂O、NH₄Cl（填化學式）．
（4）NH₃的催化氧化反應是工業(yè)制HNO₃的關鍵步驟，測得某溫度下固定容積的容器中的數據為：

濃度/mol•L-1 時間	c（NH3）	c（O2）	c（NO）
0min	1.000	1.600	0.000
2min	0.600	a	0.400
4min	0.500	0.975	0.500
6min	0.500	0.975	0.500
8min	0.700	1.225	0.750

①則2～4min內，v（O₂）=0.0625mol/（L．min）．
②在第8min時改變條件，你認為改變的條件可能是增大NO的濃度．

Answer 1

分析 （1）①N₂在催化劑表面與水發(fā)生反應生成NH₃和另一種單質，由元素守恒可知生成單質為氧氣，配平書寫化學方程式；
②b與a相比，改變反應途徑，降低活化能，應是使用催化劑，催化劑不影響平衡移動；
③由圖可知，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應移動，由2N₂（g）+6H₂O（l）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{光照}$4NH₃（g）+3O₂（g），可知1mol氨氣反應時，混合氣體總物質的量減小$\frac{5}{3}$mol；
（2）計算濃度商Qc，與平衡常數相比，判斷反應進行的方向，進而判斷v_正（N₂）、v_逆（N₂）相對大��；
（3）將NH₃氣體通入稀鹽酸中，反應生成氯化銨，而氯化銨中銨根離子水解，使溶液呈酸性，若溶液中存在[NH₄⁺]＞[Cl^-]＞[OH^-]＞[H⁺]，則溶液呈堿性，反應中氨氣過量；
（4）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NH₃），再利用速率之比等于其化學計量數之比計算v（O₂）；
②由表中數據可知，8min與6min相比，氨氣濃度增大0.2mol/L、氧氣濃度增大0.25mol/L，NO濃度增大0.25mol，發(fā)生反應4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，氨氣、氧氣濃度增大量之比等于化學計量數之比，且8min時氨氣、氧氣、氮氣濃度之比不等于平衡時的濃度之比，不是增大壓強，只能為增大NO的濃度．

解答 解：（1）①N₂在催化劑表面與水發(fā)生反應生成NH₃和另一種單質，由元素守恒可知生成單質為氧氣，該反應方程式為：2N₂+6H₂O$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{光照}$4NH₃+3O₂，
故答案為：2N₂+6H₂O$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{光照}$4NH₃+3O₂；
②b與a相比，改變反應途徑，降低活化能，應是使用催化劑，催化劑不影響平衡移動，平衡常數不變，即平衡常數K_a=K_b，
故答案為：=；
③由圖可知，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應移動，由2N₂（g）+6H₂O（l）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{光照}$4NH₃（g）+3O₂（g），平衡時氨氣物質的量減小，混合氣體總物質的量減小，且1mol氨氣反應時，總物質的量減小$\frac{5}{3}$mol，故平衡時NH₃的含量增大，
故答案為：增大；
（2）在 0.5L的密閉容器中，一定量的 N₂和H₂發(fā)生反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，400℃時，K=0.5，某一時刻測得N₂、H₂ 和NH₃三種物質物質的量分別為2mol、21mol和3mol，濃度商Qc=$\frac{（\frac{3}{0.5}）^{2}}{\frac{2}{0.5}×（{\frac{2}{0.5}）}^{3}}$=$\frac{9}{64}$＜K=0.5，反應向正反應進行，故v_正（N₂）＞v_逆（N₂），
故答案為：＞；
（3）將NH₃氣體通入稀鹽酸中，反應生成氯化銨，而氯化銨中銨根離子水解，使溶液呈酸性，若溶液中存在[NH₄⁺]＞[Cl^-]＞[OH^-]＞[H⁺]，則溶液呈堿性，反應中氨氣過量，故反應后溶液中溶質為NH₃．H₂O、NH₄Cl，
故答案為：NH₃．H₂O、NH₄Cl；
（4）①由表中數據可知，2～4min內氨氣濃度變化量為0.6mol/L-0.5mol/L=0.1mol/L，故v（NH₃）=$\frac{0.1mol/L}{2min}$=0.05mol/（L．min），發(fā)生反應4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，速率之比等于其化學計量數之比，則v（O₂）=$\frac{5}{4}$v（NH₃）=$\frac{5}{4}$×0.05mol/（L．min）=0.0625mol/（L．min），
故答案為：0.0625mol/（L．min）；
②由表中數據可知，6min平衡狀態(tài)，8min與6min相比，氨氣濃度增大0.2mol/L、氧氣濃度增大0.25mol/L，NO濃度增大0.25mol，發(fā)生反應4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，氨氣、氧氣濃度增大量之比等于化學計量數之比，且8min時氨氣、氧氣、氮氣濃度之比不等于平衡時的濃度之比，不是增大壓強，只能為增大NO的濃度，
故答案為：增大NO的濃度．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及化學方程式書寫、平衡常數影響因素與應用、化學平衡計算、化學反應速率計算，（1）③為易錯點，學生容易認為“平衡向逆反應進行，氨氣的含量減小”，（4）中注意分析濃度變化判斷改變的條件，難度中等．