Question

（10分）(1) 氨是氮循環(huán)中的重要物質(zhì)，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(yīng)的熱化學(xué)方程式：                               
（2）可逆反應(yīng)N₂ +3H₂2NH₃ 在恒容密閉容器中進(jìn)行，達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是   
①單位時(shí)問內(nèi)生成n mo1 N₂的同時(shí)生成3n mol H₂
②單位時(shí)間內(nèi)1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6個(gè)N—H鍵斷裂
③容器中N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量為1：3：2
④常溫下，混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)
⑤常溫下，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)
（3）恒溫下，往一個(gè)2L的密閉容器中充入2.6 mol H₂和1 mol N₂，反應(yīng)過程中對NH₃的濃度進(jìn)行檢測，得到的數(shù)據(jù)如下表所：

時(shí)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(nèi)，消耗N₂的平均反應(yīng)速率為     ；此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=        ；反應(yīng)達(dá)到平衡后，若往平衡體系中加入H₂、N₂和NH₃各2mol，化學(xué)平衡將向         （填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向移動(dòng)。
（4）氨是氮肥工業(yè)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(chǎn)銨態(tài)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(yīng)方程式：                                 ；
并利用有關(guān)數(shù)據(jù)簡述上述反應(yīng)能發(fā)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(gè)1分，錯(cuò)選扣分，不出現(xiàn)負(fù)分，共2分）
（3）0.008 mol·L^-1·min^-1（1分）      0.1（1分）   逆反應(yīng)（1分）
（4）CaSO₄+(NH₄)₂CO₃＝ (NH₄)₂SO₄ +CaCO₃↓（2分）
因?yàn)?i>Ksp(CaSO₄)=7.10×10^-5＞Ksp(CaCO₃)=4.96×10^-9（1分）

（1）反應(yīng)熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學(xué)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(xué)方程式為N₂(g) + 3H₂(g) 2NH₃(g)；△H＝－93 KJ·mol^-1。
（2）在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(shí)（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。①中反應(yīng)速率的方向是相同的，不正確。
②中反應(yīng)速率的方向相反，且滿足速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，正確。平衡時(shí)濃度不再發(fā)生變化，但物質(zhì)之間的濃度不一定相等或滿足某種關(guān)系，所以③不正確。密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，④不正確�；旌蠚獾钠骄�相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，所以⑤可以說明。答案選②⑤。
（3）5min時(shí)氨氣的濃度是0.08mol/L，所以氨氣的反應(yīng)速率是0.08mol/L÷5min＝0.016mol/(L·min)。因?yàn)樗俾手�比是相�?yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以氮?dú)獾姆磻?yīng)速率是
0.008mol/(L·min)。平衡時(shí)氨氣的濃度是0.20mol/L，則消耗氮?dú)夂蜌錃獾臐舛确謩e是0.1mol/L、0.3mol/L。則平衡時(shí)氮?dú)夂蜌錃獾臐舛确謩e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(shù)是。若往平衡體系中加入H₂、N₂和NH₃各2mol，則此時(shí)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(yīng)方向移動(dòng)。
（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(yīng)的方程式為CaSO₄+(NH₄)₂CO₃＝ (NH₄)₂SO₄ +CaCO₃↓。