Question

6．2007年度諾貝爾化學獎獲得者格哈德•埃特爾建立了合成氨反應機理，T=673K時，各步反應的能量變化如圖所示，圖中的能量單位為kJ•mol^-1．（注：圖中“吸”表示在催化劑表面的吸附）請回答下列問題：
（1）合成氨反應的機理為（用化學方程式表示）
①H₂?H_2吸?2H?2H_吸；
②N₂?N_2吸?2N?2N_吸
③N_吸+H_吸?NH_吸；
④NH_吸+H_吸?NH_2吸；
⑤NH_2吸+H_吸?NH_3吸?NH₃．
（2）T=673K時，合成氨反應的熱化學方程為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92kJ•mol^-1．
（3）在容積一定的密閉容器中，判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是ac（填序號）．
    a.3v正（N₂）=v逆（H₂）          b.3v正（N₂）=v正（H₂）
    c．容器內(nèi)壓強保持不變            d．混合氣體的密度保持不變
（4）液氨與水頗為相像，它能溶解多種無機及有機分子，其電離方程式可表示為：
2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-（某溫度下其離子積常數(shù)為10^-30）．液氨中的pNH₄與水中的pH類似，則該溫度下液氨的pNH₄=15．
（5）鹽酸肼（N₂H₆Cl₂）是一種重要的化工原料，屬于離子化合物，易溶于水，溶液呈酸性，水解原理與NH₄Cl類似．
①寫出鹽酸肼第一步水解反應的離子方程式N₂H₆²⁺+H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺．
②鹽酸肼水溶液中離子濃度的排列順序正確的是ac（填序號）．
    a．c（Cl^-）＞c（N₂H₆²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）　
    b．c（Cl^-）＞c（[N₂H₅•H₂O]⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）
    c．2c（N₂H₆²⁺）+c（[N₂H₅•H₂O]⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-）
    d．c（N₂H₆²⁺）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖和已有的機理，可推斷出①、③兩個反應；
（2）由圖可以看出生成1molNH₃，△H=-46kJ•mol^-1，氣體分子數(shù)改變的反應，在一定體積的容器中，壓強保持不變是平衡狀態(tài)；
（3）達平衡狀態(tài)正逆反應速率相等，各組分的濃度保持不變，由此分析解答；
（4）根據(jù)水的離子積常數(shù)類比可計算pNH₄；
（5）①由N₂H₄，聯(lián)想到NH₃，由N₂H₄Cl₂聯(lián)想到NH₄Cl，再注意到N₂H₄是二元堿而NH₃是一元的，試題即可突破；
②a．鹽酸肼是強酸弱堿鹽，不水解＞水解的弱離子＞顯性離子＞隱性離子，所以c（Cl^-）＞c（N₂H₆²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；　
b．水解生成c（[N₂H₅•H₂O]⁺）=c（H⁺），而溶劑水也電離產(chǎn)生氫離子，所以c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（[N₂H₅•H₂O]⁺）＞c（OH^-）；
c．鹽酸肼中電荷守恒2c（N₂H₆²⁺）+c（[N₂H₅•H₂O]⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-）；
d．鹽酸肼是強酸弱堿鹽，不水解＞水解的弱離子＞顯性離子＞隱性離子，所以c（Cl^-）＞c（N₂H₆²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），由此分析解答．

解答 解：（1）由圖可知該反應的機理是H₂→H_2吸→2H→2H_吸，N_2吸→2N→2N_吸，N_吸+H_吸→NH_吸→NH_2吸→NH_3吸→NH₃，
則①的反應為H₂?H_2吸?2H?2H_吸，
③的反應為N_吸+H_吸?NH_吸，
故答案為：①H₂?H_2吸?2H?2H_吸；③N_吸+H_吸?NH_吸；
（2）由圖可以看出生成1molNH₃，△H=-46kJ•mol^-1，則反應的熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92kJ•mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92kJ•mol^-1；
（3）a.3v正（N₂）=v正（H₂）=v逆（H₂），達平衡狀態(tài)，故正確；         
b.3v正（N₂）=v正（H₂），都反應的正反應方向，未體現(xiàn)正與逆的關(guān)系，故錯誤；
c．容器內(nèi)壓強保持不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變，反應達平衡狀態(tài)，故正確；            
d．混合氣體的密度始終保持不變，不能說明達平衡狀態(tài)，故錯誤；故選ac；
（4）由題意可知c（NH₄⁺）×c（NH₂^-）=10^-30，c（NH₄⁺）=$\sqrt{1{0}^{-30}}$mol/L=10^-15mol/L，pNH₄=15，
故答案為：15；
（5）①由N₂H₄，聯(lián)想到NH₃，由N₂H₆Cl₂聯(lián)想到NH₄Cl，再注意到N₂H₄是二元堿而NH₃是一元的，則鹽酸肼第一步水解反應的離子方程式為N₂H₆²⁺+H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺，
故答案為：N₂H₆²⁺+H₂O?[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺；
②a．鹽酸肼是強酸弱堿鹽，不水解＞水解的弱離子＞顯性離子＞隱性離子，所以c（Cl^-）＞c（N₂H₆²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故a正確；　
b．水解生成c（[N₂H₅•H₂O]⁺）=c（H⁺），而溶劑水也電離產(chǎn)生氫離子，所以c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（[N₂H₅•H₂O]⁺）＞c（OH^-），故b錯誤；
c．鹽酸肼中電荷守恒2c（N₂H₆²⁺）+c（[N₂H₅•H₂O]⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-），故c正確；
d．鹽酸肼是強酸弱堿鹽，不水解＞水解的弱離子＞顯性離子＞隱性離子，所以c（Cl^-）＞c（N₂H₆²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故d錯誤；
故選ac．

點評 本題很好的將化學平衡、電離平衡、反應熱結(jié)合在一塊，雖然題目引入了諾貝爾獎的有關(guān)背景，但高起點低落點，這種命題方法是高考的常用方法，一定要考慮清楚是否運用信息或搞清楚哪些是干擾信息．