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制取：

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

(2)起始時投入氮氣和氫氣分別為1mol、3mol，在不同溫度和壓強下合成氨。平衡時混合物中氨的體積分數與溫度關系如圖。

①恒壓時，反應一定達到平衡狀態的標志是______(填序號)：

A.N2和H2的轉化率相等 B.反應體系密度保持不變

C.的比值為3:2 D.=2

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

③C點H2的轉化率______；(數值保留0.1%)在A、B兩點條件下，該反應從開始到平衡時生成氫氣平均速率：v(A)______v(B)(填“>”、“<”、“=”)。

(3)已知25℃時由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為______________(已知25℃時，H2SO3的電離平衡常數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)將兩個熱化學方程式疊加，就可得到相應反應的熱化學方程式；

(2)①根據反應達到平衡時任何一組分的速率不變，物質的濃度、含量等不變判斷平衡狀態；

②該反應是氣體體積減小的反應，在溫度不變時，增大壓強，平衡正向移動，氨的含量增加；在壓強不變時，根據該反應的正反應是放熱反應分析判斷B、D兩點的化學平衡常數大小；

③根據C點時氨的含量是50%，利用三段式計算H2的轉化率；根據A、B兩點的溫度、壓強的大小及溫度、壓強與化學反應速率的影響分析；

(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)在該反應中N2、H2反應的物質的量的比是1：3，加入的物質的物質的量的比是1：3，所以無論反應是否達到平衡，N2和H2的轉化率都相等，不能據此判斷反應為平衡狀態，A錯誤；

B.該反應是反應前后氣體分子數不相等的反應，由于壓強恒定不變，若反應未達到平衡，氣體體積就會發生變化，由于氣體質量不變，所以密度就會發生變化，因此若密度不變，反應達到平衡狀態，B正確；

C.氫氣是反應物，氨氣是生成物，若氫氣減少，則氨氣必然增加，其比值就會發生變化，當的比值不變時說明反應達到平衡狀態，但當比值為3：2時，不一定說明反應處于平衡狀態，C錯誤；

D.氮氣是反應物，氨氣是生成物，只要不平衡，若氮氣減少，則氨氣比增加，其比值就會發生變化，當比值不變時，說明反應處于平衡狀態，但當比值為2時，不一定說明不再變化，所以不一定是平衡狀態，D錯誤；

故合理選項是B；

②該反應是氣體體積減小的反應，在溫度不變時，增大壓強，平衡向氣體體積減小的正反應方向移動，氨的含量增加，由圖可知，在溫度相同時，壓強為P1時的平衡混合物中氨的體積分數小于壓強為P2時，所以根據圖示可知壓強：P2>P1，即P1<P2；

合成氨氣的反應是放熱反應，在壓強不變時，升高溫度，化學平衡向吸熱的逆反應方向移動，化學平衡常數越小，D點的溫度高于B點的溫度，所以化學平衡常數：B>D；

③ N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

開始(mol) 1 3 0

轉化(mol)x 3x 2x

平衡(mol)1-x 3-3x 2x

由于平衡時混合物中氨的體積分數為50%，=50%，解得x=2/3，由于氮氣與氫氣反應的物質的量的比是1:3，加入的物質的物質的量的比是1:3，所以氮氣與氫氣的轉化率相等，即為66.7%；

根據圖示可知A、B兩點平衡混合物中氨的含量相同，B點溫度和壓強均高于A點溫度和壓強，溫度升高，速率加快，壓強增大，速率加快，所以在A、B兩點條件下的化學反應速率V(A)<V(B)；

(3)已知在25℃時，H2SO3的電離平衡常數Ka1=1×10-2，Ka2=1×10-7，可知SO32-的水解平衡常數Kh==1×10-7，根據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-)，鹽電離產生的離子濃度大于水電離產生的離子濃度，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系為：c(Na+)> c(HSO3-)=c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)。