(2011?江西二模)已知:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol,這是目前普遍使用的人工固氮的方法.請回答下列問題:
(1)450℃時,往一個2L的密閉容器中充入2.6mol H2和1mol N2,反應(yīng)過程中對NH3的濃度進行檢測,得到的數(shù)據(jù)如下表所示:
時間/min 5 10 15 20 25 30
c(NH3)/mol?L-1 0.08 0.14 0.18 0.20 0.20 0.20
①5min內(nèi),消耗N2的平均反應(yīng)速率為
0.008mol.L-1
0.008mol.L-1
,此條件下該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)K=
0.1(L/mol)2
0.1(L/mol)2
;反應(yīng)達到平衡后,若往平衡體系中加入H2、N2和NH3各2mol,此時該反應(yīng)的v(N2
v(N2(填寫“>”、“=”或“<”=).
②下列各項能作為判斷該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是
CE
CE
(填序號字母)
A.容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1:3:2
B.v(N2=3v(H2         C.容器內(nèi)壓強保持不變
D.混合氣體的密度保持不變      E.容器內(nèi)混合氣體的平均分子量不變
③若改變某一條件,達新平衡時n(H2)=1.60mol,下列說法正確的是
BD
BD

A.平衡一定正向移動            B.可能是向容器中加入了一定量的H2氣體
C.可能是降低了容器的溫度      D.可能是縮小了容器的體積
(2)450℃時,在另一密閉容器中進行上述合成氨的反應(yīng),各物質(zhì)的起始濃度和平衡濃度如下表所示:
N2 H2 NH3
起始濃度(mol/L) 0.2 0.3 0.2
平衡濃度(mol/L) a b c
請回答:
①各物質(zhì)的平衡濃度可能是
B
B

A.c=0.5mol/L   B.b=0.5mol/L     C.c=0.4mol/L   D.a(chǎn)=0.3mol/L
②a的取值范圍是:
0.1<a<0.3
0.1<a<0.3

③請用數(shù)學表達式表示下列量之間的關(guān)系:
(I)a與b的關(guān)系:
3a=b+0.3
3a=b+0.3

(Ⅱ)a、b、c的關(guān)系:
c2/(a×b3)=0.1
c2/(a×b3)=0.1

(3)根據(jù)最新“人工固氮”的研究報道,在常溫、常壓、光照條件下,N2在催化劑(摻有少量Fe2O3的TiO2)表面與水可發(fā)生下列反應(yīng):2N2(g)+6H2O(l)?4NH3(g)+3O2(g),此反應(yīng)的△S
0(填“>”、“<”或“=”),△H=
+1530kJ/mol
+1530kJ/mol
.(已知:H2的燃燒熱為285.8kJ/mol)
分析:(1)①根據(jù)化學平衡三段式計算,確定反應(yīng)達到平衡各物質(zhì)的變化量和反應(yīng)達到化學平衡時各物質(zhì)的濃度;進而計算速率和平衡常數(shù);
②根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)判斷;只要滿足正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率,即可判斷;
③依據(jù)氫氣增大的因素和平衡移動進行分析判斷;
(2)依據(jù)極值轉(zhuǎn)化,找到各物質(zhì)的濃度范圍進行分析判斷;利用平衡常數(shù)計算分析abc的關(guān)系;
(3)依據(jù)熵變的含義結(jié)合反應(yīng)中氣體體積變化分析判斷;依據(jù)蓋斯定律進行分析計算,通過合并熱化學方程式得到焓變;
解答:解:(1)①根據(jù)題意列式計算,從表中分析可知,20min時反應(yīng)已達平衡,C(NH3)=0.20mol/L
根據(jù)反應(yīng)            N2 +3H2
催化劑
.
2NH3
初始濃度(mol/L):0.5  1.3        0
變化濃度(mol/L):0.1  0.3       0.2
平衡濃度(mol/L):0.4  1.0       0.2
5min內(nèi),氨氣生成濃度為0.08mol/L,則氮氣的消耗濃度為0.04mol/L;消耗N2的平均反應(yīng)速率=
0.04mol/L
5min

=0.008mol/L?min
K=
[NH3]2
[N2]?[H2]3
=
0.22
0.4×1.03
=0.1(L/mol)2
反應(yīng)達到平衡后,若往平衡體系中加入H2、N2和NH3各2mol,此時氮氣、氫氣、氨氣的濃度分別為:
0.4+1=1.4mol/L、1.0+1=2mol/L、0.2+1=1.2mol/L;計算濃度商
Q=
C2(NH3)
C(N2C3(H2)
=
1.22
1.4×23
=0.13(L/mol)2
Q>K,平衡向逆向進行,v(N2<v(N2
故答案為:0.008mol.L-1.min-1;  0.1;<
 ②A、是速率之比,反應(yīng)過程中按照比例進行反應(yīng),故A不能判斷該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài);
B、按照速率之比等于系數(shù)之比,表述的是正反應(yīng)速率,當某種物質(zhì)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等是表明反應(yīng)達到平衡,所以當3v(N2=v(H2  時反應(yīng)達到平衡,故B不能判斷該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài);
C、反應(yīng)是體積變化的反應(yīng),當容器內(nèi)壓強保持不變,說明反應(yīng)達到平衡,故C能判斷該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài);
D、反應(yīng)體系內(nèi)質(zhì)量守恒,體積一定,故混合氣體的密度不變,所以混合氣體的密度保持不變,不能說明反應(yīng)達到平衡,故D不能判斷該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài);
E、此反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積改變的反應(yīng),容器內(nèi)氣體質(zhì)量不變,氣體總物質(zhì)的量不變,容器內(nèi)混合氣體的平均分子量不變,能說明反應(yīng)達到平衡,故E能判斷該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài);
故答案為:CE;
③若改變某一條件,達新平衡時n(H2)=1.60mol,說明氫氣增大,可能是改變條件平衡逆向進行,增加氫氣的量;
A、平衡不一定正向進行,增大氫氣的量可以符合,故A錯誤;
B、可能是向容器中加入了一定量的H2氣體,使氫氣量增大,故B正確;
C、該反應(yīng)是放熱反應(yīng),降低了容器的溫度,平衡向正反應(yīng)方向進行,氫氣的量減少,故C錯誤;
D、縮小容器的體積,相當于增大壓強,平衡向氣體體積減小的方向進行,該反應(yīng)正向是氣體體積減少的反應(yīng),所以縮小體積,平衡正向進行,氫氣的量減少,但體積減小帶來的濃度增大比平衡移動帶來氫氣的減少程度大,最終可以是氫氣量增大,故D正確;
故答案為:CE;BD;
(2)依據(jù)平衡計算的方法列式討論
                   N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
起始量(mol/L)   0.2       0.3       0.2 
變化量(mol/L)
平衡量(mol/L)     a       b         c
反應(yīng)正向進行則     0.1      0         0.4
反應(yīng)逆向進行則     0.3      0.6       0
所以平衡時濃度的取值范圍:0.1<a<0.3    0<b<0.6    0<c<0.4
①只有B符合;
②a的取值范圍是0.1<a<0.3;
③利用極值轉(zhuǎn)化進行計算
                  N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
起始量(mol/L)   0.2       0.3       0.2 
平衡量(mol/L)     a       b         c
極值轉(zhuǎn)化          a+0.5c    b+1.5c    0
 a+0.5c=0.2       b+1.5c=0.3;整理得   
(Ⅰ)a與b的關(guān)系為  3a=b+0.3
(Ⅱ)a、b、c的關(guān)系 溫度變化.平衡常數(shù)不變,K=0.1,根據(jù)平衡常數(shù)計算式代入得到:c2/(a×b3)=0.1
故答案為:①B; ②0.1<a<0.3; ③( I )3a=b+0.3;(Ⅱ)c2/(a×b3)=0.1;
(3)2N2(g)+6H2O(l)?4NH3(g)+3O2(g),此反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng),所以是熵增大的反應(yīng),
故反應(yīng)的△S>0;
①N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol;氫氣的燃燒熱285.8kJ/mol,反應(yīng)的熱化學方程式為②H2(g)+
1
2
O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol
以上兩熱化學方程式消去氫氣合并,①×2+②×6得到熱化學方程式為:2N2(g)+6H2O(l)?4NH3(g)+3O2(g)△H=+1530kJ/mol
故答案為:>;+1530 kJ/mol.
點評:本題考查了化學平衡的計算,速率、平衡常數(shù)的計算,平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)和方法,影響平衡的因素分析,蓋斯定律的應(yīng)用,關(guān)鍵是極值法在化學平衡中的應(yīng)用,題目綜合性強,較難.
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(1)寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式:
4HCl+MnO2
  △  
.
 
MnCl2+Cl2↑+2H2O
4HCl+MnO2
  △  
.
 
MnCl2+Cl2↑+2H2O

(2)寫出試劑Y的名稱:
飽和食鹽水(或飽和氯化鈉溶液)
飽和食鹽水(或飽和氯化鈉溶液)

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HCO3-+Ba2++OH-=BaCO3↓+H2O
HCO3-+Ba2++OH-=BaCO3↓+H2O
;由此現(xiàn)象推斷固體產(chǎn)物中含有
NaHCO3
NaHCO3
(填化學式,下同);
②向另一支試管中滴加過量的稀硝酸,有無色無味的氣體產(chǎn)生,溶液澄清,再向溶液滴加過量的AgNO3溶液,溶液變渾濁,經(jīng)過濾、洗滌、干燥,得到7.175g固體,由此現(xiàn)象推斷固體產(chǎn)物中含有
NaCl
NaCl

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2Cl2+2Na2CO3+H2O=2NaHCO3+2NaCl+Cl2O↑
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0.1 0.1 pH=a
0.2 0.2 pH=9
C1 0.2 pH=7
0.2 0.1 pH<7
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