Question

（10分）(1) 氨是氮循環中的重要物質，氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法。
（1）已知：H－H鍵能為436KJ·mol^-1，N≡N鍵能為945 KJ·mol^-1，N－H鍵能為391 KJ·mol^-1。寫出合成氨反應的熱化學方程式：                               
（2）可逆反應N₂ +3H₂2NH₃ 在恒容密閉容器中進行，達到平衡狀態的標志是   
①單位時問內生成n mo1 N₂的同時生成3n mol H₂
②單位時間內1個N≡N鍵斷裂的同時，有6個N—H鍵斷裂
③容器中N₂、H₂、NH₃的物質的量為1：3：2
④常溫下，混合氣體的密度不再改變的狀態
⑤常溫下，混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態
（3）恒溫下，往一個2L的密閉容器中充入2.6 mol H₂和1 mol N₂，反應過程中對NH₃的濃度進行檢測，得到的數據如下表所：

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

     5min內，消耗N₂的平均反應速率為     ；此條件下該反應的化學平衡常數K=        ；反應達到平衡后，若往平衡體系中加入H₂、N₂和NH₃各2mol，化學平衡將向         （填“正反應”或“逆反應”）方向移動。
（4）氨是氮肥工業的重要原料。某化肥廠以天然石膏礦（主要成分CaSO₄）為原料生產銨態氮肥(NH₄)₂SO₄，（已知Ksp(CaSO₄)=7.10×10^-5 Ksp(CaCO₃)=4.96×10^-9）其工藝流程如下：

請寫出制備(NH₄)₂SO₄的反應方程式：                                 ；
并利用有關數據簡述上述反應能發生的原因                                            

Answer 1

（1）N₂(g) + 3H₂(g) 2NH₃(g)；△H＝－93 KJ·mol^-1（2分）
（2）②⑤（選對1個1分，錯選扣分，不出現負分，共2分）
（3）0.008 mol·L^-1·min^-1（1分）      0.1（1分）   逆反應（1分）
（4）CaSO₄+(NH₄)₂CO₃＝ (NH₄)₂SO₄ +CaCO₃↓（2分）
因為Ksp(CaSO₄)=7.10×10^-5＞Ksp(CaCO₃)=4.96×10^-9（1分）

（1）反應熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學鍵所放出的能量的差值，即436KJ·mol^-1×3＋945 KJ·mol^-1－391 KJ·mol^-1×6＝－93 KJ·mol^-1，所以熱化學方程式為N₂(g) + 3H₂(g) 2NH₃(g)；△H＝－93 KJ·mol^-1。
（2）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態。①中反應速率的方向是相同的，不正確。
②中反應速率的方向相反，且滿足速率之比是相應的化學計量數之比，正確。平衡時濃度不再發生變化，但物質之間的濃度不一定相等或滿足某種關系，所以③不正確。密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，④不正確。混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，質量不變，但物質的量是變化的，所以⑤可以說明。答案選②⑤。
（3）5min時氨氣的濃度是0.08mol/L，所以氨氣的反應速率是0.08mol/L÷5min＝0.016mol/(L·min)。因為速率之比是相應的化學計量數之比，所以氮氣的反應速率是
0.008mol/(L·min)。平衡時氨氣的濃度是0.20mol/L，則消耗氮氣和氫氣的濃度分別是0.1mol/L、0.3mol/L。則平衡時氮氣和氫氣的濃度分別是0.5mol/L－0.1mol/L＝0.4mol/L、1.3mol/L－0.3mol/L＝1.0mol/L，所以平衡常數是。若往平衡體系中加入H₂、N₂和NH₃各2mol，則此時H₂、N₂和_NH3的濃度分別為2.0mol/L、1.4mol/L、1.2mol/L，所以＞0.1，所以平衡向逆反應方向移動。
（4）碳酸鈣比硫酸鈣的溶解度小，即Ksp(CaSO₄)=7.10×10^-5＞Ksp(CaCO₃)=4.96×10^-9，所以反應的方程式為CaSO₄+(NH₄)₂CO₃＝ (NH₄)₂SO₄ +CaCO₃↓。