Question

【题目】氨气是一种用途广泛的化工原料。金属镓是一种广泛用于电子工业和通讯领域的重要金属，镓元素(31Ga)在元素周期表中位于第四周期IIIA族，化学性质与铝元素相似。

（1）下图是当反应器中按n(N2):n(H2)=1:3投料后，在200℃、400℃、600℃下，反应达到平衡时，混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线。

已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0

①曲线c对应的温度是_____。

②关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是_____（填字母）。

A．及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率

B．根据勒夏特列原理，一般采用高温下发生反应

C．上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)＝K(Q)>K(N)

③工业上合成氨的催化剂为铁触媒，选择温度为500℃的原因是______。

（2）工业上利用Ga与NH3合成固体半导体材料氮化镓(GaN)同时有氢气生成。反应中，生成3molH2时就会放出30.8kJ的热量。

①该反应的热化学方程式是__________。

②该反应的化学平衡常数表达式是_____。

③在恒温恒容的密闭体系内进行上述可逆反应，下列有关表达正确的是_____。

A．I图像中如果纵坐标为正反应速率，则t时刻改变的条件可以为升温

B．II图像中纵坐标可以为镓的转化率

C．III图像中纵坐标可以为化学反应速率

D．Ⅳ图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量

④氮化镓(GaN)性质稳定，但能缓慢的溶解在热的NaOH溶液中，该反应的离子方程式是________。

（3）将一块镓铝合金完全溶于烧碱溶液中得到溶液X。己知：

	Al(OH)3	Ga(OH)3
酸式电离常数Ka	2×10-11	1×10-7
碱式电离常数Kb	1.3×10-33	1.4×10-34

往X溶液中缓缓通入CO2，最先析出的氢氧化物是_____。

Answer 1

【答案】600℃ AC 500℃时，催化剂活性最大 2Ga(s)+2NH3(g)＝2GaN(s)+3H2(g) △H＝－30.8kJ/mol A GaN+H2O+OH–=NH3↑+GaO2– Al(OH)3

【解析】

（1）根据已知条件，压强不变时，随着温度的升高，该反应向逆反应方向进行，NH3的物质的量分数越小，由此进行分析判断。

（2）根据题给信息，写出反应的热化学方程式，进而进行分析判断。

（3）根据已知条件，Al(OH)3和Ga(OH)3酸式电离常数Ka[Al(OH)3]＜Ka[Ga(OH)3]，分析向X溶液中缓缓通入CO2时，最先析出的氢氧化物。

（1）①该可逆反应为放热反应，压强不变时，随着温度的升高，该反应向逆反应方向进行，NH3的物质的量分数越小，分析题给示意图，可知曲线c对应的温度为600℃；

②结合可逆反应的特点进行判断：

A．及时分离出NH3，减小了生成物的浓度，反应物浓度无变化，使得v正＞v逆，反应向正反应方向进行，可以提高H2的平衡转化率，A项正确；

B．该可逆反应为放热反应，温度越高，越不利于反应向正反应方向进行，B项错误；

C．平衡常数K只与温度有关，温度不变，K值不变。对于该可逆反应来说，温度越高，K值越小，图中M、Q点温度相同，N点温度大于M、N点温度，故平衡常数K的大小关系是K(M)＝K(Q)>K(N)，C项正确；

答案选AC；

③催化剂铁触媒在500℃的活性最大，故选择温度为500℃；

（2）①由题给信息可知，反应的热化学方程式为：2Ga(s)+2NH3(g)＝2GaN(s)+3H2(g) △H=－30.8kJ/mol；

②根据化学平衡常数的定义，可知该反应的平衡常数表达式为：；

③该可逆反应是正反应为气体分子数增大的放热反应，结合该可逆反应的特点进行

A．I图像中如果纵坐标为正反应速率，升高温度或增大压强，反应速率加快，图像符合题意，A项正确；

B．增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即逆向移动，Ga的转化率降低，B项错误；

C．Ga为固态，其浓度是个定值，加入Ga，反应物的浓度不变，化学反应速率不变，C项错误；

D．相同压强下，升高温度，平衡逆向移动，平均相对分子质量增大，图像中曲线的变化趋势应是随着温度升高而增大；相同温度下，增大压强，平衡逆向移动，平均相对分子质量增大，由此可知，D项错误；

答案选A；

④氮化镓(GaN)溶解在热的NaOH溶液应生成氨气和NaGaO2，则离子方程式为：GaN+H2O+OH–=NH3↑+GaO2–；

（3）所得溶液中存在平衡：H++H2O+GaO2–Ga(OH)3，H++H2O+AlO2–Al(OH)3，Al(OH)3的电离平衡常数更小，故往X溶液中缓缓通入CO2，最先析出的氢氧化物是Al(OH)3。