Question

目前工業合成氨的原理是：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H=－93.0kJ /mol；另據報道，一定條件下：2N₂(g)+6H₂O(l)4NH₃(g)+3O₂(g)  △H=" +1530.0kJ" /mol。
（1）氫氣的燃燒熱△H=_______________kJ/mol。
（2）在恒溫恒壓裝置中進行工業合成氨反應，下列說法正確的是      。

A．氣體體積不再變化，則已平衡

B．氣體密度不再變化，尚未平衡

C．平衡后，往裝置中通入一定量Ar，壓強不變，平衡不移動

D．平衡后，壓縮裝置，生成更多NH3

（3）在恒溫恒容裝置中進行合成氨反應，各組分濃度-時間圖像如下。

① 表示N₂濃度變化的曲線是        。
② 前25 min 內，用H₂濃度變化表示的化學反應速率是                。
③ 在25 min末剛好平衡，則平衡常數K =           。
（4）在第25 min 末，保持其它條件不變，升高溫度，在第35 min末再次平衡。平衡移動過程中H₂濃度變化了1.5 mol·L^－1，在圖中畫出第25 min ～ 40 min NH₃濃度變化曲線。
（5）已知常溫下，NH₄⁺ 的水解常數為1.0×10^－9，則0.1mol/L NH₄Cl溶液pH=           。（忽略NH₄⁺水解對NH₄⁺濃度的影響）

Answer 1

（16分）
（1）－286.0 （2分，不寫“－”扣1分）
（2）AD    （2分）
（3）① C    （2分）
② 0.12 mol / (L·min)   （3分，數據2分，單位1分）
③ 0.15     （2分）
（4）（3分，起點1分，拐點1分，延長線1分）
（5） 5 （2分）

試題分析：（1）先將已知兩個熱化學方程式編號為①②，再根據蓋斯定律，將(①×2—②)/3可得：2H₂(g)+O₂(g)= 2H₂O(l)  △H=－572.0kJ /mol，最后將系數減半，則焓變隨之減半，即H₂(g)+O₂(g)= 2H₂O(l)  △H=－286.0kJ /mol；根據燃燒熱概念可得，氫氣的燃燒熱△H=－286.0kJ /mol；（2）恒溫恒壓下，氣體摩爾體積相同，由于n=V/V_m，則氣體體積不再變化，就是氣體的物質的量不再變化，說明反應已達平衡，故A正確；氣體密度等于氣體質量除以氣體總體積，根據質量守恒定律可知氣體質量始終不變，若氣體密度不再變化時，則氣體總體積不變，氣體的物質的量不變，說明反應已達平衡，故B錯；平衡后充入惰性氣體，維持恒溫恒壓，必須增大容器容積，減小各組分濃度，其實質是減小壓強，平衡向逆反應方向或氣體體積增大方向移動，故C錯；平衡后，壓縮裝置，縮小容器容積，其實質是增大壓強，平衡向正反應方向或氣體體積減小方向移動，故D正確；（3）①合成氨的原理為N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)，讀圖可知，前25min內A的濃度由6.0mol/L逐漸減小為3.0mol/L，C的濃度由2.0mol/L逐漸減小到1.0mol/L，B的濃度由0逐漸增大到2.0mol/L，則A、C、B的變化濃度分別為3.0mol/L、1.0mol/L、2.0mol/L，因此A、C、B分別表示氫氣、氮氣和氨氣的濃度隨反應時間變化的曲線；②由于前25min內氫氣的濃度由6.0mol/L逐漸減小為3.0mol/L，其變化濃度為3.0mol/L，則v(H₂)=△c(H₂)/△t="3.0mol/L÷25min" ="0.12" mol / (L·min)；③根據三行數據法可得：
N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)
各組分的起始濃度/ mol·L^－1       2.0    6.0        0
各組分的變化濃度/ mol·L^－1       1.0    3.0       2.0
各組分的平衡濃度/ mol·L^－1       1.0    3.0       2.0
K==≈0.15（保留兩位有效數字）
（4）由于合成氨的正反應的△H=－93.0kJ /mol，則正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，即平衡向逆反應方向移動，則反應物濃度增大，氨氣濃度減小，根據三行數據法可得：
N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)
25min時各組分濃度/ mol·L^－1       1.0    3.0       2.0
各組分的變化濃度/ mol·L^－1         0.5    1.5      1.0
35min時各組分濃度/ mol·L^－1       1.5    4.5       1.0
因此，25min→35min，氨氣濃度由2.0mol/L逐漸減小為1.0mol/L；35min→40min，氨氣濃度為1.0mol/L，始終保持不變；（5）氯化銨是強酸弱堿鹽，其完全電離出的銨根離子部分水解，生成一水合氨和氫離子，存在水解平衡，設溶液中氫離子濃度為xmol/L，由三行數據法可得：
NH₄⁺+H₂ONH₃?H₂O+H⁺
各組分的起始濃度/ mol·L^－1            0.1             0      0
各組分的變化濃度/ mol·L^－1             x              x      x
各組分的平衡濃度/ mol·L^－1           0.1—x            x      x
K===1.0×10^－9
由于銨根離子水解程度很小，則0.1—x≈0.1，則==1.0×10^－9，則x ²=1.0×10^－10，x=1.0×10^－5；由于pH=—lgc(H⁺)=5。