Question

11．氮的固定對(duì)工農(nóng)業(yè)及人類生存具有重大意義．
Ⅰ．合成氨是最重要的人工固氮：N₂（g）+3H₂（g） $?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃（g）．
（1）下列關(guān)于該反應(yīng)的說法中，正確的是D．
A．△H＞0，△S＞0         B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＞0         D．△H＜0，△S＜0
（2）一定溫度下，在容積為1L的密閉容器中，加入ImolN₂和3molH₂，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率為60%，則此條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.08（此處不要求寫單位）；保持容器體積不變，再向容器中加入lmolN₂，3molH₂反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的轉(zhuǎn)化率將增大（填“增大”、“減小”或“不變”）
（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下，若將22.4mL的氨氣通入100mLpH為2的鹽酸中．則溶液中各離子濃度的順序由大到小為c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（4）將氨氣通入盛有CaSO₄懸濁液的沉淀池中，再通入適量的CO₂氣體，充分反應(yīng)后，過濾所得濾液為（NH₄）₂SO₄溶液，該過程的化學(xué)方程式為CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄．
II．隨著研究的不斷深入，科學(xué)家發(fā)明了越來越多有關(guān)氮的固定方法．
（5）20世紀(jì)末，科學(xué)家采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）為介質(zhì)，用吸附在它內(nèi)外表面上的金屬鈀多晶薄膜做電極，實(shí)現(xiàn)常壓、570℃高溫的電解法合成氨，提高了反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，其實(shí)驗(yàn)簡圖如圖，陰極的電極反應(yīng)式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
（6）近年，又有科學(xué)家提出在常溫、常壓、催化劑等條件下合成氨氣的新思路，反應(yīng)原理為：
2N₂（g）+6H₂O（I）?4NH₃（g）+3O₂（g），則其反應(yīng)熱△H=+1530 kJ•mol^-1．（已知：N₂（g）+3H₂（g）?
2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1；2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（I）△H=-571.6kJ•mol^-1）

Answer 1

分析 （1）依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)：△H-T△S＜0解答；
（2）利用平衡三行式，結(jié)合平衡常數(shù)的涵義計(jì)算此反應(yīng)的平衡常數(shù)；保持容器體積不變，再向容器中加入lmolN₂，3molH₂，相同于原容器在恒溫條件下2molN₂、6molH₂建立平衡，依據(jù)等效平衡理論，相當(dāng)于由2倍容器體積的基礎(chǔ)上再縮小到原體積，據(jù)此判斷平衡移動(dòng)的方向，確定氫氣的轉(zhuǎn)化率變化；
（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下，若將22.4mL的氨氣，即0.001mol氨氣通入100mLpH為2的鹽酸中（HCl的物質(zhì)的量為0.001mol），所得溶液為NH₄Cl，結(jié)合離子的水解和電荷守恒判斷各離子濃度的大小；
（4）將氨氣通入盛有CaSO₄懸濁液的沉淀池中，再通入適量的CO₂氣體，過濾得濾液為（NH₄）₂SO₄溶液，根據(jù)反應(yīng)原理可知同時(shí)得到碳酸鈣沉淀，結(jié)合原子守恒可寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（5）氮?dú)庠陉帢O得電子生成氨氣；
（6）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由蓋斯定律：①×2-②×3得2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），據(jù)此分析．

解答 解：（1）反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g） $?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃（g）的△S＜0，根據(jù)△H-T△S＜0可知△H＜0，選項(xiàng)D正確，故答案為：D；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始物質(zhì)的量（mol/L）      1            3                 0
變化物質(zhì)的量（mol/L）      0.6          1.8             1.2
平衡物質(zhì)的量（mol/L）      0.4          1.2             1.2
K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{1．{2}^{2}}{0.4×1．{2}^{3}}$=2.08，
保持容器體積不變，再向容器中加入lmolN₂，3molH₂，相當(dāng)于在2L容器中加入2molN₂、6molH₂反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)再縮小體積到1L，此時(shí)平衡正向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大；
故答案為：2.08；增大；
（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下，若將22.4mL的氨氣通入100mLpH為2的鹽酸中得到NH₄Cl溶液，NH₄⁺的水解使得溶液顯酸性，即c（H⁺）＞c（OH^-），再結(jié)合溶液中的電荷守恒可知溶液中各離子濃度的順序由大到小為c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故答案為：c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（4）將氨氣通入盛有CaSO₄懸濁液的沉淀池中，再通入適量的CO₂氣體，可得到碳酸鈣沉淀，同時(shí)過濾得濾液為（NH₄）₂SO₄溶液，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄，故答案為：CaSO₄+CO₂+2NH₃+H₂O=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄；
（5）電解池中氮?dú)庠陉帢O得電子生成氨氣，其電極方程式為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，故答案為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃；
（6）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由蓋斯定律：①×2-②×3得2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），△H=（-92.4kJ•mol^-1）×2-（-571.6kJ•mol^-1）×3=+1530 kJ•mol^-1；
故答案為：+1530 kJ•mol^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熵變與焓變的應(yīng)用、平衡常數(shù)的應(yīng)用、等效平衡的應(yīng)用、溶液中離子濃度的大小比較、電解原理的應(yīng)用、蓋斯定律的應(yīng)用等，題目難度中等，側(cè)重于基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用考查，重點(diǎn)是平衡常數(shù)的計(jì)算及能量的計(jì)算．