Question

（14分）運用化學反應原理研究NH₃的性質具有重要意義。

（1）科學家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。據報道，在光照條件下，N₂在催化劑表面與水發生反應生成NH₃和另一種單質。在使用催化劑b和不使用催化劑a時，該反應過程和能量的變化關系如圖所示。

①寫出該反應的化學方程式                                       。

②a和b相比，二者的平衡常數關系是K_a   K_b（填“>”、“=”或“<”）

③升高溫度，平衡時NH₃的含量                     （填“增大”、“不變”或“減小”）

（2）在0.5L的密閉容器中，一定量的N₂和H₂發生反應：N₂(g) + 3H₂(g)  2NH₃(g) ΔH <0。400℃時，K= 0.5，某一時刻測得N₂、H₂和NH₃三種物質物質的量分別為2mol、1mol和3mol，則該反應的v_正(N₂)    v_逆（N₂）（填 “>” 、“=” 或“<”）

（3）NH₃的催化氧化反應是工業制HNO₃的關鍵步驟，測得某溫度下固定容積的容器中的數據為：

濃度mol.L-1 時間	c(NH3)	c(O2)	c(NO)
0min	1.000	1.600	0.000
2min	0.600	a	0.400
4min	0.500	0.975	0.500
6min	0.500	0.975	0.500
8min	0.700	1.225	0.750

①則2 ～4min內，v(O₂)=                       。

②在第8min時改變條件，你認為改變的條件可能是                         。

（4）常溫下，向0.001mol·L^-1的AlCl₃ 溶液中通入NH₃直至過量，現象        ，當PH =        時，開始生成沉淀（已知：Ksp[Al(OH)₃]= 1.0×10^-33）。

 

Answer 1

（1）① 2N₂ + 6H₂O   4NH₃ + 3O₂          （2分）  

② =       （1分）    ③ 增大      （1分）

（2） <          （2分）

（3）① 0.0625 mol/(L·min)       （2分）

② 增大NO的濃度（或增加NO的物質的量）  （2分）

（4）生成白色沉淀  （2分）    4    （2分）

解析:（1）①根據反應前后原子守恒可知，單質是氧氣，所以反應式為2N₂ + 6H₂O  4NH₃ + 3O₂。

②催化劑能降低反應的活化能，但不能改變平衡常數，所以平衡常數是不變的。

③根據圖像可知，反應物的總能量低于生成物的總能量，反應是吸熱反應。升高溫度平衡向正反應方向移動，氨氣的含量增大。

（2）某一時刻測得N₂、H₂和NH₃三種物質物質的量分別為2mol、1mol和3mol，則其濃度分別為4.0mol/L、2.0mol/L、6.0mol/L。所以此時＞0.5,所以反應逆反應方向移動，即正反應速率小于逆反應速率。

（3）①氨氣發生催化氧化的方程式為4NH₃＋5O₂4NO＋6H₂O,在2 ～4min內，氨氣濃度的變化量是0.600mol/L－0.500mol/L＝0.100mol/L，所以氧氣的濃度變化量是0.125mol/L，則反應速率為。

②4min時反應達到平衡狀態，而在第8min時，氨氣、氧氣和NO的濃度均增大，所以只能是增大了生成物NO的濃度，平衡向逆反應方向移動。

（4）根據氫氧化鋁的溶度積常數可知當鋁離子濃度是0.001mol/L時，溶液中OH^－的濃度為，則氫離子濃度為10^－4，所以pH等于4.