Question

（14分）运用化学反应原理研究NH₃的性质具有重要意义。
（1）科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。据报道，在光照条件下，N₂在催化剂表面与水发生反应生成NH₃和另一种单质。在使用催化剂b和不使用催化剂a时，该反应过程和能量的变化关系如图所示。

①写出该反应的化学方程式                                       。
②a和b相比，二者的平衡常数关系是K_a   K_b（填“>”、“=”或“<”）
③升高温度，平衡时NH₃的含量                     （填“增大”、“不变”或“减小”）
（2）在0.5L的密闭容器中，一定量的N₂和H₂发生反应：N₂(g) + 3H₂(g)  2NH₃(g) ΔH <0。400℃时，K= 0.5，某一时刻测得N₂、H₂和NH₃三种物质物质的量分别为2mol、1mol和3mol，则该反应的v_正(N₂)    v_逆（N₂）（填 “>” 、“="”" 或 “<”）
（3）NH₃的催化氧化反应是工业制HNO₃的关键步骤，测得某温度下固定容积的容器中的数据为：

浓度mol.L-1 时间	c(NH3)	c(O2)	c(NO)
0min	1.000	1.600	0.000
2min	0.600	a	0.400
4min	0.500	0.975	0.500
6min	0.500	0.975	0.500
8min	0.700	1.225	0.750

①则2 ～4min内，v(O₂) =                       。
②在第8min时改变条件，你认为改变的条件可能是                         。
（4）常温下，向0.001 mol·L^-1的AlCl₃溶液中通入NH₃直至过量，现象       ，当PH =        时，开始生成沉淀（已知：Ksp[Al(OH)₃]= 1.0×10^-33）。

Answer 1

（1）① 2N₂ + 6H₂O  4NH₃ + 3O₂          （2分）  
②  =      （1分）   ③增大     （1分）
（2）  <         （2分）
（3）① 0.0625 mol/(L·min)      （2分）
②增大NO的浓度（或增加NO的物质的量） （2分）
（4）生成白色沉淀  （2分）    4   （2分）

（1）①根据反应前后原子守恒可知，单质是氧气，所以反应式为2N₂ + 6H₂O  4NH₃ + 3O₂。
②催化剂能降低反应的活化能，但不能改变平衡常数，所以平衡常数是不变的。
③根据图像可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，反应是吸热反应。升高温度平衡向正反应方向移动，氨气的含量增大。
（2）某一时刻测得N₂、H₂和NH₃三种物质物质的量分别为2mol、1mol和3mol，则其浓度分别为4.0mol/L、2.0mol/L、6.0mol/L。所以此时＞0.5,所以反应逆反应方向移动，即正反应速率小于逆反应速率。
（3）①氨气发生催化氧化的方程式为4NH₃＋5O₂4NO＋6H₂O,在2 ～4min内，氨气浓度的变化量是0.600mol/L－0.500mol/L＝0.100mol/L，所以氧气的浓度变化量是0.125mol/L，则反应速率为。
②4min时反应达到平衡状态，而在第8min时，氨气、氧气和NO的浓度均增大，所以只能是增大了生成物NO的浓度，平衡向逆反应方向移动。
（4）根据氢氧化铝的溶度积常数可知当铝离子浓度是0.001mol/L时，溶液中OH^－的浓度为，则氢离子浓度为10^－4，所以pH等于4.