Question

6．运用化学反应原理研究部分单质及其化合物的反应有重要意义．
（1）氨是氮循环过程中的重要物质，是氮肥工业的重要原料．氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．请回答
①已知：H-H键能为436kJ/mol，N≡N键能为945kJ/mol，N一H键能为391kJ/mol．由键能计算消耗1molN₂时的△H=-93kJ/mol．
②若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，平衡向左移动（填“向左”、“向右”或“不”）； 氨气的平衡浓度随温度变化如图所示，当合成氨平衡体系温度由T₁变化到T₂时，K_A＞K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．
③在25°C下，将a mol•L^-1的氨水与b mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应后溶液中显中性，则c（NH₄⁺）=c（Cl^-）（填“＞”、“＜”或“=”）；
用含a和b的代数式表示出氨水的电离平衡常数表达式K=$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$．
（2）硫酸生产中，SO₂催化氧化生成SO₃：SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═SO₃（g）△H＜0，是工业上生产硫酸的关键步骤．
①在某温度时，该反应的平衡常数K=0.75，若在此温度下，向100L的恒容密闭容器中，充入3mol SO₂、4mol O₂和4mol SO₃，则反应开始时正反应速率＜逆反应速率（填“＜”、“＞”或“=”）．
②在①中的反应达到平衡后，改变下列条件，能使SO₂（g）平衡浓度比原来减小的是abc．
a．保持温度和容器体积不变，充入1.0molO₂
b．保持温度和容器内压强不变，充入2.0molHe
c．降低温度
d．在其他条件不变时，减小容器的容积
③制备硫酸钡．在一定温度下，50ml 0.02mol/LNaHSO₄溶液与50ml 0.018mol/L BaCl₂溶液混合，充分反应后溶液中c（Ba²⁺）=1.3×10^-8，pH=2[已知该温度时，K_sp（BaSO₄）=1.3×10^-10]．

Answer 1

分析 （1）①反应物的总键能-生成物的总键能=反应热，据此计算该反应的反应热；
②恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，为保持恒压，体积增大，压强减小，平衡逆向进行；
分析图象，反应为放热反应，温度升高，氨气浓度减小，平衡逆向进行，平衡常数减小；
③根据电荷守恒：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-），现已知c（H⁺）=c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=c（Cl^-）； K_b（NH₃•H₂O）=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，c（OH^-）=10^-7mol•L^-1，c（NH₄⁺）=$\frac{b}{2}$mol•L^-1，c（NH₃•H₂O）=$\frac{1}{2}$（a-b） mol•L^-1；
（2）①计算浓度商Qc=$\frac{\frac{4mol}{100L}}{\frac{3mol}{100L}×（\frac{4mol}{100L}）^{\frac{1}{2}}}$=6.67＞Kc=0.75，平衡逆向移动；
②增大容器体积或体积不变平衡正向移动会使SO₂浓度减小；
③硫酸氢钠属于盐是强电解质，在水溶液中完全电离产生钠离子、氢离子、硫酸根离子，计算混合后硫酸根的浓度，根据K_sp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）•c（SO₄^2-）计算硫酸根沉淀时溶液中c（Ba²⁺），原氯化钡溶液为此时钡离子浓度的2倍，注意溶液混合后各种物质的浓度降为原来的一半，溶液中氢离子未参加反应，根据PH=-lgc（H⁺）计算PH．

解答 解：（1）①反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的反应热△H=945kJ•mol^-1+3×436kJ•mol^-1-2×3×391kJ•mol^-1=-93kJ•mol^-1，故消耗1molN₂时的△H=-93kJ•mol^-1，
故答案为：93kJ/mol；
②恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，为保持恒压，体积增大，压强减小，平衡逆向进行；分析图象，反应为放热反应，温度升高，氨气浓度减小，平衡逆向进行，平衡常数减小，K_A＞K_B，
故答案为：向左；＞；
③氨气溶于水得到氨水．在25°C下，将a mol•L^-1的氨水与b mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应后溶液中显中性，根据电荷守恒：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-），现已知c（H⁺）=c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=c（Cl^-），c（OH^-）=10^-7mol•L^-1，c（NH₄⁺）=$\frac{b}{2}$mol•L^-1，c（NH₃•H₂O）=$\frac{1}{2}$（a-b） mol•L^-1，K_b（NH₃•H₂O）=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$，
故答案为：=；$\frac{1{0}^{-7}b}{a-b}$；
（2）①在某温度时，SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H＜0，该反应的平衡常数K=0.75，若在此温度下，向100L的恒容密闭容器中，充入3mol SO₂、4mol O₂和4mol SO₃，Qc=$\frac{\frac{4mol}{100L}}{\frac{3mol}{100L}×（\frac{4mol}{100L}）^{\frac{1}{2}}}$=6.67＞Kc=0.75，平衡逆向移动，正反应速率小于逆反应速率；
故答案为：＜；
②a、保持温度和容器体积不变，O₂的浓度增大，平衡正向移动，SO₂的浓度减小，故a正确；
b、保持温度和容器内压强不变，充入2.0mol He，为保持压强不变，体积增大，新的平衡与原平衡相比，平衡逆向进行，但体积增大为主，SO₂的浓度减小，故b正确；
c、降低温度，平衡向放热的方向移动，而正反应为放热，所以平衡正向移动，SO₂的浓度减小，故c正确；
d、移动活塞压缩气体，SO₂的浓度瞬间增大，之后平衡向气体体积减少的方向移动，即向正反应方向移动，SO₂的浓度减小，再次到达平衡时SO₂的浓度仍比原来大，所以d错误；
故答案为：abc；
③硫酸氢钠为强酸酸式盐，在水中完全电离：NaHSO₄═Na⁺+H⁺+SO₄^2-，等体积混合后，c（SO₄^2-）=$\frac{1}{2}$×0.02mol/L=0.01mol/L，故BaSO₄沉淀所需Ba²⁺离子的最小浓度为c（Ba²⁺）=$\frac{1.3×1{0}^{-10}}{0.01}$mol/L=1.3×10^-8mol/L，溶液中氢离子未参加反应，物质的浓度降为原来的一半，c（H⁺）=$\frac{1}{2}$×0.02mol/L=0.01mol/L，PH=-lgc（H⁺）=2，
故答案为：1.3×10^-8；2．

点评 本题考查了热化学方程式能量变化与化学键能过程分析，平衡常数、电离平衡常数计算和影响因素分析判断等知识，化学平衡移动原理和溶度积常数计算应用是解题关键，题目难度中等．