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(yīng)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(yīng)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(shù)與溫度關(guān)系如下圖。

①恒壓時,反應(yīng)一定達到平衡狀態(tài)的標志是______(填序號)；

A.N2和H2的轉(zhuǎn)化率相等 B.反應(yīng)體系密度保持不變

C. 比值保持不變 D. =2

②P1_____P2(填“>”、“<”、“=”、“不確定”，下同)；反應(yīng)平衡常數(shù):B點____D點；

③C點H2的轉(zhuǎn)化率____；在A、B兩點條件下,該反應(yīng)從開始到平衡時生成氨氣平均速率:v(A)______v(B)。

（3）N2H4可作火箭推進劑，NH3和NaClO在一定條件下反應(yīng)可生成N2H4。

①寫出NH3和NaClO反應(yīng)生成N2H4的化學方程式__________；

②已知25℃時N2H4水溶液呈弱堿性:N2H4+H2ON2H5++OH- K1=1×10-a；N2H5++H2ON2H62++OH- K2=1×10-b。

25℃時,向N2H4水溶液中加入H2SO4,欲使c(N2H5+)>c(N2H4),同時c(N2H5+)>c(N2H62+),應(yīng)控制溶液pH范圍_________(用含a、b式子表示)。

Answer 1

【答案】 +175.2kJ/mol BC < > 66.7% < 2NH3+NaClON2H4+NaCl+H2O (14-b，14-a)

【解析】（1）a+b可得反應(yīng)CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)，根據(jù)蓋斯定律，△H=+216.4kJ/mol+(-41.2kJ/mol)=+175.2kJ/mol。

（2）①A項，氮氣和氫氣初始物質(zhì)的量之比為1:3，由反應(yīng)方程式N2+3H22NH3可得，氮氣和氫氣按物質(zhì)的量之比為1:3反應(yīng)，所以N2和H2的轉(zhuǎn)化率是相等的，與是否達到平衡狀態(tài)無關(guān)，故A錯誤；B項，該反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)變化的反應(yīng)，恒壓時只要不平衡，氣體體積就會發(fā)生變化，因為氣體總質(zhì)量不變，所以密度就會不斷變化，當密度不變時，說明正逆反應(yīng)速率相等，平衡不再發(fā)生移動，故B正確；C項，氫氣是反應(yīng)物，氨氣是生成物，只要不平衡，若氫氣減少，則氨氣必增多，其比值就會變化，當比值不變時說明已經(jīng)處于平衡狀態(tài)，故C正確；D項，氮氣是反應(yīng)物，氨氣是生成物，只要不平衡，若氮氣減少，則氨氣必增多，其比值就會變化，當比值不變時說明已經(jīng)處于平衡狀態(tài)，但當比值=2時，卻不一定不再變化，所以不一定是平衡狀態(tài)，故D錯誤。②合成氨反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強有利于平衡正向移動，由圖可知，溫度相同時，壓強為P1時平衡混合物中氨的體積分數(shù)小于壓強為P2時，所以P1<P2；合成氨正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高化學平衡常數(shù)越小，D點溫度高于B點溫度，所以化學平衡常數(shù)：B點>D點。

③設(shè)c點H2的轉(zhuǎn)化率為α(H2)，列三段式得：

因為平衡混合物中氨的體積分數(shù)為50%，同溫同壓下氣體體積分數(shù)=物質(zhì)的量分數(shù)，所以×100%=50%，解得α(H2)≈66.7%。由圖可得，A、B兩點平衡混合物中氨的體積分數(shù)相同，B點溫度和壓強均高于A點溫度和壓強，則在A、B兩點條件下，該反應(yīng)從開始到平衡時生成氨氣平均速率:v(A)<v(B)。

（3）①NH3與NaClO一定條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)可得到肼(N2H4)，NaClO作氧化劑，被還原為NaCl，根據(jù)原子守恒，還有水生成，故化學方程式為：2NH3+NaClON2H4+NaCl+H2O。②K1==1×10-a，所以c(N2H5+)=c(N2H4)時，c(OH-)=1×10-a，c(H+)==10-(14-a)，pH=-lgc(H+)=14-a，則c(N2H5+)>c(N2H4)時，c(OH-)<1×10-a，c(H+)=>10-(14-a)，pH=-lgc(H+)<14-a；K2==1×10-b，所以c(N2H5+)=c(N2H62+)時，c(OH-)=1×10-b，c(H+)==10-(14-b)，pH=-lgc(H+)=14-b，則c(N2H5+)>c(N2H62+)時，c(OH-)>1×10-b，c(H+)=<10-(14-b)，pH=-lgc(H+)>14-b。所以25℃時，向N2H4水溶液中加入H2SO4，欲使c(N2H5+)>c(N2H4)，同時c(N2H5+)>c(N2H62+)，應(yīng)控制溶液pH范圍為：(14-b，14-a)。