Question

【題目】氨為重要的化工原料，有廣泛用途。

(1)合成氨中的氫氣可由下列反應制取：

a．CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝＋216.4 kJ·mol－1

b．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1

則反應CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝_________________________。

(2)起始時投入氮氣和氫氣的物質的量分別為1 mol、3 mol，在不同溫度和壓強下合成氨。平衡時混合物中氨的體積分數與溫度的關系如圖。

①恒壓時，反應一定達到平衡狀態的標志是________(填序號)。

A N2和H2的轉化率相等 B 反應體系密度保持不變

C c(H2)/c(NH3 )保持不變 D c(NH3 )/c(N2)＝2

②p1________(填“>”、“<”、“＝”或“不確定”，下同)p2；反應的平衡常數：B點________D點。

③C點H2的轉化率為________；在A、B兩點條件下，該反應從開始到平衡時生成氨氣的平均速率：v(A)________v(B)。

(3)N2H4可作火箭推進劑，NH3和NaClO在一定條件下反應可生成N2H4。

①寫出NH3和NaClO反應生成N2H4的化學方程式________________________________。

②已知25 ℃時，N2H4的水溶液呈弱堿性：N2H4＋H2ON2H5+＋OH－K1＝1×10－a N2H5+＋H2ON2H62+＋OH－　K2＝1×10－b25 ℃時，向N2H4水溶液中加入H2SO4，欲使c(N2H5+)>c(N2H4)，同時c(N2H5+)>c(N2H62+)，應控制溶液pH的范圍為__________________________________(用含a、b的式子表示)。

Answer 1

【答案】＋175.2 kJ·mol－1 BC < > 66.7% < 2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O 14－b<pH<14－a

【解析】

（1）已知a.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝＋216.4kJ·mol－1，b.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2kJ·mol－1，根據蓋斯定律由a+b可得反應：CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g) ΔH=＋216.4kJ·mol－1+(－41.2kJ·mol－1)=＋175.2 kJ·mol－1，故答案為：＋175.2kJ·mol－1。

（2）①A.氮氣和氫氣的初始物質的量之比為1:3，由反應方程式N2+3H22NH3可得，氮氣和氫氣按物質的量之比1:3反應，所以N2和H2的轉化率一直是相等的，與是否達到平衡狀態無關，故A不選；

B.該反應是一個氣體分子式變化的反應，恒壓是只要不平衡，氣體體積就會發生變化，因為氣體總質量不變，所以密度就會不斷變化，當密度不變時，說明達到平衡狀態，故B選；

C.氮氣時反應物，氨氣是生成物，若氫氣減少，則氨氣必增多，其比值c(H2)/c(NH3 )就會變化，當比值不變時說明已經處于平衡狀態，故C選；

D.氫氣是反應物，氨氣是生成物，只要不平衡，若氫氣減少，則氨氣必增多，其比值c(H2)/c(NH3 )就會變化，當比值不變時說明已經處于平衡狀態，但當比值為2時，不一定說明不在變化，所以不一定是平衡狀態，故D不選。

故答案為：BC。

②合成氨反應是一個氣體分子數減小的反應，增大壓強有利于平衡正向移動，有圖可知，溫度相同時，壓強為P1時平衡混合物中氨的體積分數小于壓強為P2時，所以P1<P2；合成氨正反應為放熱反應，溫度越高，平衡常數越小，D點溫度高于B點溫度，所以平衡常數：B＞D，故答案為：<，>。

③設C點H2的轉化率為α(H2)

N2 + 3H2 2NH3

初始(mol) 1 3 0

轉化(mol) α(H2) 3α(H2) 2α(H2)

平衡(mol) 1-α(H2) 3-3α(H2) 2α(H2)

因為平衡混合物中氨的體積分數為50%，同溫同壓下氣體體積分數與物質的量分數相等，所以2α(H2)/(1-α(H2)+3-3α(H2)+ 2α(H2))×100%=50%，解得α(H2)=66.7%；A、B兩點平衡混合物中氨的體積分數相同，B點溫度和壓強均高于A點溫度和壓強，則在A、B兩點條件下，該反應從開始到平衡時生成氨氣的平均速率：v(A)< v(B)，故答案為：. 66.7%，<。

（3）①NH3與NaClO一定條件下發生氧化還原反應可得到肼（N2H4）、氯化鈉和水，NaClO作氧化劑，被還原為NaCl，所以該反應的化學方程式為：2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O，故答案為：2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O。

②K1=c(N2H5+)c(OH－)/c(N2H4)=1×10-a，所以c(N2H5+)= c(N2H4)時，c(OH－) =1×10-a，c(H+)=Kw/c(OH－)=10-(14-a)，pH=-lgc(H+)=14-a，則c(N2H5+)＞c(N2H4)時，c(OH－)<1×10-a，c(H+)=Kw/ c(OH－)＞10-(14-a)，pH=-lgc(H+)<14-a，K2=c(N2H62+)c(OH－)/c(N2H5+)=1×10-b，所以c(N2H5+)=c(N2H62+)時，c(OH－) =1×10-b，c(H+)=Kw/c(OH－)=10-(14-b)，pH=-lgc(H+)=14-b，則c(N2H5+)＞c(N2H62+)時，c(OH－)<1×10-b，c(H+)=Kw/c(OH－)＞10-(14-b)，pH=-lgc(H+)<14-b，所以25℃時，向N2H4水溶液中加入H2SO4，欲使c(N2H5+)>c(N2H4)，同時c(N2H5+)>c(N2H62+)，應控制溶液pH的范圍為(14-b，14-a)，故答案為：14－b<pH<14－a。