Question

（14分）工業上合成氨是在一定條件下進行如下反應：N₂(g) + 3H₂(g) ≒ 2NH₃(g)，其部分工藝流程如下：

回答下列問題：

(1)    已知： N₂(g) + O₂(g)  2NO(g)   ΔH+180.5kJ/mol        

4NH₃(g) + 5O₂(g)  4NO(g) + 6H₂O(g)  ΔH−905kJ/mol

2H₂(g) + O₂(g)  2H₂O(g)   ΔH−483.6kJ/mol

則N₂(g) + 3H₂(g) ≒ 2NH₃(g)  ΔH ________________。

(2)     如果工業上，在一定溫度下，將1.5 mol N₂氣體和6 mol H₂氣體通入到體積為1升的密閉容器中。當反應達到平衡時，容器內氣體的壓強為起始時的80%，則其平衡常數為_______。改變下列條件，能使平衡向正反應方向進行且平衡常數不變的是__________。

①增大壓強                          ②增大反應物的濃度                ③使用催化劑            ④降低溫度

(3)    合成氨反應的平衡常數很小，所以在工業上采取氣體循環的流程。即反應后通過降低混合氣體的溫度而使氨氣分離出來。這種分離物質的方法其原理類似于下列方法中的________（填編號），其理由是__________。

①過濾     ②蒸餾       ③滲析     ④萃取

(4)    可以用氯氣來檢驗輸送氨氣的管道是否漏氣，如果漏氣則會有白煙（成分為氯化銨）生成，該反應的化學方程式為__________。

(5)    假如該廠生產氨水的物質的量濃度為20 mol/L，實驗室若需用80 mL濃度為5 mol/L的氨水時，需取20 mol/L的氨水__________mL（用100 mL的容量瓶）。假如該氨水的，加入相同體積的鹽酸時，溶液呈中性，則此鹽酸的pH__________（填“大于”、“小于”或“等于”）。

 

Answer 1

【答案】

 (1)  −92.4 kJ/mol  2分    (2)     0.057 (mol·L⁻¹)⁻²（可不寫單位）2分  ①② 2分

(3)    ②  兩者都是通過改變物質的狀態來進行混合物的分離  2分

(4)    8NH₃ + 3Cl₂ → 6NH₄Cl + N₂   2分     (5)  25  2分  <  2分

【解析】（1）考查蓋斯定律的應用。根據已知反應可知（①×2－②＋③×3）÷2即得到N₂(g) + 3H₂(g)  2NH₃(g)，所以△H＝（180.5kJ/mol×2＋905kJ/mol－483.6kJ/mol×3）÷2＝−92.4 kJ/mol。

（2）                    N₂(g) + 3H₂(g)  2NH₃(g)

起始量（mol）           1.5     6           0

轉化量（mol）           x      3x          2x

平衡量（mol）        1.5-x     6-3x         2x

所以

解得x＝0.75mol

所以平衡常數。

平衡常數只與溫度有關系，所以選項④不正確。催化劑不能影響平衡狀態，③不正確。正反應是體積減小的，增大壓強平衡向正反應方向移動，增大反應物的濃度平衡也向正反應方向移動，所以答案選①②

（3）氨氣易液化，即可以實現氣液分離，所以分離方法類似于蒸餾。

（4）氯氣極易強氧化性，能把氨氣液化生成氮氣，而氯氣被還原生成氯化氫，氯化氫和氨氣反應冒白煙，方程式為8NH₃ + 3Cl₂ → 6NH₄Cl + N₂ 。

（5）稀釋過程中溶質是不變的，所以需取20 mol/L的氨水。如果鹽酸的pH＝14－a。則氨水過量，溶液顯堿性。因此要使反應后溶液顯中性，則鹽酸的pH必須小于14－a。