Question

【題目】氨氣是一種用途廣泛的化工原料。金屬鎵是一種廣泛用于電子工業(yè)和通訊領(lǐng)域的重要金屬，鎵元素(31Ga)在元素周期表中位于第四周期IIIA族，化學(xué)性質(zhì)與鋁元素相似。

（1）下圖是當反應(yīng)器中按n(N2):n(H2)=1:3投料后，在200℃、400℃、600℃下，反應(yīng)達到平衡時，混合物中NH3的物質(zhì)的量分數(shù)隨壓強的變化曲線。

已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0

①曲線c對應(yīng)的溫度是_____。

②關(guān)于工業(yè)合成氨的反應(yīng)，下列敘述正確的是_____（填字母）。

A．及時分離出NH3可以提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率

B．根據(jù)勒夏特列原理，一般采用高溫下發(fā)生反應(yīng)

C．上圖中M、N、Q點平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K(M)＝K(Q)>K(N)

③工業(yè)上合成氨的催化劑為鐵觸媒，選擇溫度為500℃的原因是______。

（2）工業(yè)上利用Ga與NH3合成固體半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)同時有氫氣生成。反應(yīng)中，生成3molH2時就會放出30.8kJ的熱量。

①該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是__________。

②該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式是_____。

③在恒溫恒容的密閉體系內(nèi)進行上述可逆反應(yīng)，下列有關(guān)表達正確的是_____。

A．I圖像中如果縱坐標為正反應(yīng)速率，則t時刻改變的條件可以為升溫

B．II圖像中縱坐標可以為鎵的轉(zhuǎn)化率

C．III圖像中縱坐標可以為化學(xué)反應(yīng)速率

D．Ⅳ圖像中縱坐標可以為體系內(nèi)混合氣體平均相對分子質(zhì)量

④氮化鎵(GaN)性質(zhì)穩(wěn)定，但能緩慢的溶解在熱的NaOH溶液中，該反應(yīng)的離子方程式是________。

（3）將一塊鎵鋁合金完全溶于燒堿溶液中得到溶液X。己知：

	Al(OH)3	Ga(OH)3
酸式電離常數(shù)Ka	2×10-11	1×10-7
堿式電離常數(shù)Kb	1.3×10-33	1.4×10-34

往X溶液中緩緩?fù)ㄈ?/span>CO2，最先析出的氫氧化物是_____。

Answer 1

【答案】600℃ AC 500℃時，催化劑活性最大 2Ga(s)+2NH3(g)＝2GaN(s)+3H2(g) △H＝－30.8kJ/mol A GaN+H2O+OH–=NH3↑+GaO2– Al(OH)3

【解析】

（1）根據(jù)已知條件，壓強不變時，隨著溫度的升高，該反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，NH3的物質(zhì)的量分數(shù)越小，由此進行分析判斷。

（2）根據(jù)題給信息，寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，進而進行分析判斷。

（3）根據(jù)已知條件，Al(OH)3和Ga(OH)3酸式電離常數(shù)Ka[Al(OH)3]＜Ka[Ga(OH)3]，分析向X溶液中緩緩?fù)ㄈ?/span>CO2時，最先析出的氫氧化物。

（1）①該可逆反應(yīng)為放熱反應(yīng)，壓強不變時，隨著溫度的升高，該反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，NH3的物質(zhì)的量分數(shù)越小，分析題給示意圖，可知曲線c對應(yīng)的溫度為600℃；

②結(jié)合可逆反應(yīng)的特點進行判斷：

A．及時分離出NH3，減小了生成物的濃度，反應(yīng)物濃度無變化，使得v正＞v逆，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，可以提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，A項正確；

B．該可逆反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，越不利于反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，B項錯誤；

C．平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān)，溫度不變，K值不變。對于該可逆反應(yīng)來說，溫度越高，K值越小，圖中M、Q點溫度相同，N點溫度大于M、N點溫度，故平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K(M)＝K(Q)>K(N)，C項正確；

答案選AC；

③催化劑鐵觸媒在500℃的活性最大，故選擇溫度為500℃；

（2）①由題給信息可知，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2Ga(s)+2NH3(g)＝2GaN(s)+3H2(g) △H=－30.8kJ/mol；

②根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義，可知該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為：；

③該可逆反應(yīng)是正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的放熱反應(yīng)，結(jié)合該可逆反應(yīng)的特點進行

A．I圖像中如果縱坐標為正反應(yīng)速率，升高溫度或增大壓強，反應(yīng)速率加快，圖像符合題意，A項正確；

B．增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，即逆向移動，Ga的轉(zhuǎn)化率降低，B項錯誤；

C．Ga為固態(tài)，其濃度是個定值，加入Ga，反應(yīng)物的濃度不變，化學(xué)反應(yīng)速率不變，C項錯誤；

D．相同壓強下，升高溫度，平衡逆向移動，平均相對分子質(zhì)量增大，圖像中曲線的變化趨勢應(yīng)是隨著溫度升高而增大；相同溫度下，增大壓強，平衡逆向移動，平均相對分子質(zhì)量增大，由此可知，D項錯誤；

答案選A；

④氮化鎵(GaN)溶解在熱的NaOH溶液應(yīng)生成氨氣和NaGaO2，則離子方程式為：GaN+H2O+OH–=NH3↑+GaO2–；

（3）所得溶液中存在平衡：H++H2O+GaO2–Ga(OH)3，H++H2O+AlO2–Al(OH)3，Al(OH)3的電離平衡常數(shù)更小，故往X溶液中緩緩?fù)ㄈ?/span>CO2，最先析出的氫氧化物是Al(OH)3。