Question

【題目】合成氨技術的創立開辟了人工固氮的重要途徑，其研究來自正確的理論指導，合成氨反應的平衡常數K值和溫度的關系如表：

溫 度（℃）	360	440	520
K值	0.036	0.010	0.0038

（1）①由上表數據可知該反應為_____ （填放熱，吸熱，無法確定　）反應。

②下列措施能用勒夏特列原理解釋是_____（填序號）。

a．增大壓強有利于合成氨 b．使用合適的催化劑有利于快速生成氨

c．生產中需要升高溫度至500°C左右 d．需要使用過量的N2，提高H2轉化率

（2）0.2mol氨氣溶于水后再與含有0.2mol硫酸的溶液反應放熱QkJ，請你用熱化學方程式表示其反應式_____。

（3）常溫時，將amol氨氣溶于水后，再通入bmol氯化氫，溶液體積為1L，且c（NH4+）=c（Cl﹣），則一水合氨的電離平衡常數Kb=_____（用ab表示）。

（4）原料氣H2可通過反應 CH4（g）+H2O （g）CO（g）+3H2（g） 獲取，已知該反應中，當初始混合氣中的恒定時，溫度、壓強對平衡混合氣CH4含量的影響如圖所示：

①圖中，兩條曲線表示壓強的關系是：P1_____P2（填“＞”、“=”或“＜”）。

②其它條件一定，升高溫度，氫氣的產率會__（填“增大”，“減小”減小，“不變”不變）。

（5）原料氣H2還可通過反應CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）獲取。

①T℃時，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應達平衡后，測得CO的濃度為0.08molL﹣1，該溫度下反應的平衡常數K值為_____。

②保持溫度仍為T℃，容積體積為5L，改變水蒸氣和CO的初始物質的量之比，充入容器進行反應，下列描述能夠說明體系處于平衡狀態的是_____（填序號）。

a．容器內壓強不隨時間改變

b．混合氣體的密度不隨時間改變

c．單位時間內生成a mol CO2的同時消耗a mol H2

d．混合氣中n（CO）：n（H2O）：n（CO2）：n（H2）=1：16：6：6

Answer 1

【答案】 放熱 ad NH3·H2O（aq）+H2SO4（aq）=NH4HSO4（aq）+H2O（l）△H=﹣5Q kJmol﹣1 ＜ 增大 2.25 cd

【解析】（1）本題考查化學平衡常數、勒夏特列原理，①化學平衡常數只受溫度的影響，根據表格數據，隨著溫度的升高，化學平衡常數降低，說明正反應方向是放熱反應；②勒夏特列原理是達到平衡，改變某一因素，平衡向消弱這一因素的方向移動，合成氨N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，a、組分都是氣體，反應前氣體系數之和大于反應后氣體系數，增大壓強，平衡向正反應反應方向移動，符合勒夏特列原理，故正確；b、催化劑對化學平衡無影響，不符合勒夏特列原理，故錯誤；c、合成氨是放熱反應，升高溫度向逆反應方向進行，溫度控制在500℃左右，使催化劑的催化效率達到最大，不符合勒夏特列原理，故錯誤；d、過量氮氣，平衡向正反應方向進行，氫氣的轉化率增大，符合勒夏特列原理，故正確；（2）考查熱化學反應方程式的書寫，注意從熱化學反應方程式書寫的要求入手，兩者的物質的量相等，生成的是NH4HSO4，消耗1molNH3時，產生熱量為Q/0.2kJ=5QkJ，注意是氨氣的水溶液，因此熱化學反應方程式為：NH3·H2O（aq）+H2SO4（aq）= NH4HSO4（aq）+H2O（l）△H=-5Q kJ·mol﹣1；（3）本題考查電離平衡常數的表達式，根據c(NH4＋)=c(Cl－)，應從電荷守恒入手，即c(NH4＋)＋c(H＋)=c(OH－)＋c(Cl－)，因為c(NH4＋)=c(Cl－)，所以溶液顯中性，Kb=c(NH4＋)×c(OH－)/c(NH3·H2O)，c(NH4＋)=c(Cl－)=b/1mol·L－1=bmol·L－1，根據氮元素守恒，因此c(NH3·H2O)=(a－b)/1mol·L－1=(a－b)mol·L－1，代入上述表達式Kb=（b ×10－7）/( a- b)；（4）本題考查勒夏特列原理，①作等溫線，反應前氣體系數之和小于反應后氣體系數之和，增大壓強，平衡向逆反應方向移動，甲烷的含量增大，即P1<P2；②根據線的走向，隨著溫度升高，甲烷的體積分數降低，說明平衡向正反應方向進行，即正反應方向是吸熱反應，升高溫度，氫氣的產率增大；（5）本題考查化學平衡常數的計算、化學平衡狀態的判斷，①CO(g) + H2O(g) CO2 (g) + H2(g)

起始（mol·L－1） 0.2 0.2 0 0

變化 0.12 0.12 0.12 0.12

平衡 0.08 0.08 0.12 0.12 根據化學平衡常數定義，其表達式為K=c(H2)×c(CO2)/[c(CO)×c(H2O)]=0.122/0.082=2.25；a、因為反應前后氣體系數之和相等，壓強不變，不能說明反應達到平衡，故錯誤；b、組分都是氣體，因此氣體質量不變，容器是恒定，根據密度的定義，密度保持不變，不能說明反應達到平衡，故錯誤；c、用不同物質的反應速率表示達到平衡，要求反應方向一正一逆，且反應速率之比等于化學計量數之比，消耗氫氣，說明反應向正反應方向進行，生成CO2，說明反應向逆反應方向進行，且等于化學計量數之比，反應達到平衡，故正確；d、根據濃度商進行計算，此時的濃度商為6×6/(16×1)=2.25，等于化學平衡常數，說明反應達到平衡，故正確。