Question

【題目】氨可用于制取氨水、氮肥、硝酸、銨鹽、純堿等，因此被廣泛應用于化工、輕工、化肥、制藥、合成纖維、塑料等行業．

（1）以甲烷為原料可制得合成氨用的氫氣，有關反應的能量變化如下圖所示：

　

寫出CH4(g)與H2O(g)反應生成CO(g)和H2(g)的熱化學方程式：_______________。

（2）已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)；△H= -94.4kJ·mol-1，在某容積為2L的恒容容器中發生合成氨反應，體系中各物質濃度隨時間變化的曲線如圖所示：

①前20min內v(NH3)=________mol/(L·min)，放出的熱量為________。

②45min時采取的措施是________；時段III條件下反應的平衡常數為________（保留3位有效數字）。

（3）一定溫度下，將不同量的CO2、NH3分別通入某恒容密閉容器中進行下列反應：2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(l)+H2O(g)；△H＜0，得到如下數據：

實驗組	起始量/mol		平衡時的轉化率		平衡時氣體平均相對分子質量
	NH3(g)	CO2(g)	NH3(g)	CO2(g)
1	2	1	a1	a2	M1
2	4	2	a3	a4	M2
3	n1	n2	a5	a6	M3

①a1________a4（填“＜”、“＝”或“＞”）；M1________ M2（填“＜”、“＝”或“＞”）。

②若a5>a6，則n1，n2必須滿足的關系是________。

（4）室溫時將氨通入500mL 0.1mol·L-1鹽酸中至pH=6，所得溶液中離子濃度由大到小的順序是____________________________________________。

（5）氨、空氣、KOH溶液可構成燃料電池，反應原理為4NH3+3O2=2N2+6H2O，反應一段時間后，電解質溶液的pH將________（填“增大”“減小”或“不變”）。

Answer 1

【答案】CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)；△H= +161.1kJ·mol-1 0.05 94.4 kJ 降溫 2.37 ＜ ＞ n1＜2n2 c(Cl-)＞c(NH4+)＞c(H＋)＞c(OH-) 減小

【解析】

（1）由圖示得到題給圖像已知熱化學方程式，由蓋斯定律計算可得；

（2）①由圖給數據和反應速率公式計算；由生成氨氣的物質的量和熱化學方程式計算；

②該反應是一個氣體體積減小的放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動；依據圖給數據和平衡常數公式計算；

（3）當投料比等于化學計量數之比時，反應物轉化率相等，由此分析；

（4）溶液呈酸性，溶液中c(H＋)＞c(OH-)，由溶液中存在的電荷守恒關系c(NH4＋)+c(H＋)=c(OH-)+ c(Cl-)可知，溶液中c(Cl-)＞c(NH4＋)；

（5）由于電解質溶液為堿性，放電時生成水，相當于稀釋了KOH溶液。

（1）由圖可知，①②③的反應物能量都高于生成物能量，所以三個反應都是放熱反應；已知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)；△H1= -846.3 kJ·mol-1，②CO(g)+O2(g)=CO2(g)；△H2= -282 kJ·mol-1，③O2(g)+H2(g)=H2O(g)；△H3= -241.8 kJ·mol-1，根據蓋斯定律①-②-③×3可以得到的熱化學方程式為CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)；ΔH=△H1-△H2-3△H3=(-846.3kJ·mol-1)-(-282kJ·mol-1)-3×(-241.8kJ·mol-1)= +161.1kJ·mol-1，故答案為CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)；△H= +161.1kJ·mol-1；

（2）①由圖可知，20min時生成c(NH3)=1mol/L，則v(NH3)==0.05mol/(L·min)；反應生成n(NH3)=1mol/L×2L=2mol，則放出的熱量為94.4kJ，故答案為0.05；94.4 kJ；

②由圖可知，45min瞬間時，各物質濃度不變，45min后氨的濃度增大，氮氣和氫氣濃度減小，說明平衡向正反應方向移動，該反應是一個氣體體積減小的放熱反應，則所采取的措施只能是降溫；時段Ⅲ條件下反應達到平衡時，氨氣濃度為0.50mol/L，氫氣濃度為0.75 mol/L，氮氣濃度為0.25mol/L，則化學平衡常數K===2.37，故答案為降溫；2.37；

（3）①當投料比等于化學計量數之比時，反應物轉化率相等，實驗組1和實驗組2投料比等于化學計量數之比，則a1=a2，a3=a4，由實驗組1和實驗組2投料比可知，恒容條件下實驗組2相當于實驗組1的加壓，該反應為氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡向化學計量數減小的方向移動，反應物轉化率增大，a1＜a4；反應前氣體平均相對分子質量為(×17+×44)=26，若反應完全進行所得氣體的相對分子質量為18，加壓，平衡正向移動，則氣體平均相對分子質量減小，M1＞M2，故答案為＜；＞；

②當投料比等于化學計量數之比時，反應物轉化率相等，若a5＞a6，則n1，n2必須滿足的關系是n1＜2n2，故答案為n1＜2n2；

（4）室溫時將氨通入500mL 0.1mol·L-1鹽酸中至pH=6，溶液呈酸性，溶液中c(H＋)＞c(OH-)，由溶液中存在的電荷守恒關系c(NH4＋)+c(H＋)=c(OH-)+ c(Cl-)可知，溶液中c(Cl－) ＞c(NH4＋)，

則所得溶液中離子濃度由大到小的順序是c(Cl-)＞c(NH4＋)＞cH＋)＞c(OH-)，故答案為c(Cl-)＞c(NH4＋)＞c(H＋)＞c(OH-)；

（5）由于電解質溶液為堿性，放電時生成水，相當于稀釋了KOH溶液，故放電一段時間后溶液pH減小，故答案為減小。