Question

5．（1）氨催化氧化法是工業(yè)制硝酸的主要方法，可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)．
已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
寫出氨氣經(jīng)催化氧化生成一氧化氮氣體和水蒸氣的熱化學(xué)方程式：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol．
（2）恒容密閉容器中進(jìn)行的合成氨反應(yīng)，其化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度t的關(guān)系如下表：

t/K	298	398	498	…
K	4.1×106	K1	K2	…

①寫出合成氨反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{3}）}$
②上表中K₁＞K₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）如果向氨合成塔中充入10molN₂和40molH₂進(jìn)行氨的合成，圖A和圖B為一定溫度下平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)與壓強（p）的關(guān)系圖． 　
①下列說法正確的是ABD（填序號）．

A．圖中曲線表明增大體系壓強（p），有利于提高氨氣在混合氣體中體積分?jǐn)?shù)
B．如果圖B中T=500℃，則溫度為450℃時對應(yīng)的曲線是b
C．工業(yè)上采用500℃溫度可有效提高反應(yīng)速率和氮氣的轉(zhuǎn)化率
D．當(dāng) 2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃）時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
E．容器內(nèi)混合氣體密度保持不變時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
②圖A中氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15%時，N₂的轉(zhuǎn)化率為32.61%．
（4）在1998年希臘亞里斯多德大學(xué)的Marmellos和Stoukides采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺），實現(xiàn)了高溫常壓下高轉(zhuǎn)化率的電化學(xué)合成氨，其實驗裝置如圖C，則正極的電極反應(yīng)式N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
（5）25℃時，K_sp[Mg（OH）₂]=5.61×10^-12，K_sp[MgF₂]=7.42×10^-11．下列說法正確的是BD．
A．25℃時，飽和Mg（OH）₂溶液中c（OH^-）大于飽和MgF₂溶液中c（F^-）
B．25℃時，某飽和Mg（OH）₂溶液中c（Mg²⁺）=0.0561 mol•L^-1，則溶液的pH=9
C． 25℃時，在Mg（OH）₂的懸濁液中加入少量的NH₄Cl固體，溶液變澄清，K_sp[Mg（OH）₂]增大
D．25℃時，在Mg（OH）₂懸濁液中加入NaF溶液后，Mg（OH）₂可能轉(zhuǎn)化為MgF₂．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計算；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)，是一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡，生成物濃度化學(xué)計量次數(shù)冪之積與反應(yīng)物濃度化學(xué)計量次數(shù)冪之積所得的比值；
②合成氨是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，化學(xué)平衡常數(shù)減��；
（3）①A．由圖可知，溫度一定時，壓強增大氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大；
B．合成氨是放熱反應(yīng)，壓強一定時，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡時氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大；
C.500℃溫度時反應(yīng)速率加快及催化劑活性最好，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，氮氣的轉(zhuǎn)化率越高；
D．不同物質(zhì)表示的正逆速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡；
E．容器內(nèi)混合氣體密度始終保持不變；
②設(shè)參加反應(yīng)的氮氣為n mol，則：
           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）：10    40        0
轉(zhuǎn)化（mol）：n     3n        2n
平衡（mol）：10-n  40-3n     2n
根據(jù)平衡時氨氣的體積分?jǐn)?shù)方程式計算n，進(jìn)而計算氮氣的轉(zhuǎn)化率；
（4）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氮氣在陰極上放電，與氫離子結(jié)合生成氨氣；
（5）A．氫氧化鎂與氟化鎂的化學(xué)式相似，氫氧化鎂的溶度積小，溶液中氫氧化鎂的濃度小于氟化鎂；
B．根據(jù)鎂離子濃度、氫氧化鎂溶度積計算溶液中c（OH^-），再根據(jù)水的離子積計算溶液中c（H⁺），再根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計算；
C．溶度積Ksp不隨濃度變化，只與溫度有關(guān)；
D．不管氫氧化鎂的ksp有多小，只要加入的氟化鈉溶液的濃度適合的話，使c（Mg²⁺）×c（F^-）²＞7.42×10^-11，可以使氫氧化鎂轉(zhuǎn)化為氟化鎂沉淀．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
由蓋斯定律可知，①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=（+180.5kJ/mol）×2-（-92.4kJ/mol）×2+（-483.6kJ/mol）×3=-905.2kJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{3}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{3}）}$；
②合成氨反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H＜0，對于放熱反應(yīng)，溫度越高，越有利于向逆反應(yīng)進(jìn)行，所以K₁＞K₂，
故答案為：＞；
（3）①A．由圖可知，溫度一定時，壓強增大氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，故A正確；
B．圖B中T=500℃，合成氨是放熱反應(yīng)，壓強一定時，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡時氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，則溫度為450℃時對應(yīng)的曲線是b，故B正確；
C.500℃溫度時反應(yīng)速率加快及催化劑活性最好，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低氮氣的轉(zhuǎn)化率越高，高溫不利于氮氣的轉(zhuǎn)化，故C錯誤；
D．當(dāng) 2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃），不同物質(zhì)表示的正逆速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡，故D正確；
E．容器內(nèi)混合氣體密度始終保持不變，不能說明到達(dá)平衡，故E錯誤，
故選：ABD；
②設(shè)參加反應(yīng)的氮氣為n mol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）：10      40        0
轉(zhuǎn)化（mol）：n       3n        2n
平衡（mol）：10-n    40-3n     2n
則$\frac{2n}{10-n+40-3n+2n}$×100%=15%，解得n≈3.261，所以氮氣的轉(zhuǎn)化率為$\frac{3.261mol}{10mol}$×100%=32.61%，
故答案為：32.61%；
（4）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氮氣在陰極上放電，與氫離子結(jié)合生成氨氣，電極反應(yīng)式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
故答案為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃；
（5）A．氫氧化鎂與氟化鎂的化學(xué)式相似，氫氧化鎂的溶度積小，溶液中氫氧化鎂的濃度小于氟化鎂，飽和Mg（OH）₂溶液中c（OH^-）小于飽和MgF₂溶液中c（F^-），故A錯誤；
B．飽和Mg（OH）₂溶液中c（Mg²⁺）=0.0561 mol•L^-1，K_sp[Mg（OH）₂]=5.61×10^-12，則溶液中c（OH^-）=1×10^-5mol/L，故溶液中溶液中c（H⁺）=1×10^-9mol/L，溶液pH=-lgc（H⁺）=9，故B正確；
C．溶度積Ksp不隨濃度變化，只與溫度有關(guān)，故C錯誤；
D．只要加入的氟化鈉溶液的濃度適合的話，使c（Mg²⁺）×c（F^-）²＞7.42×10^-11，可以使氫氧化鎂轉(zhuǎn)化為氟化鎂沉淀，故D正確，
故選：BD．

點評 本題考查熱化學(xué)方程式書寫、平衡常數(shù)及有關(guān)計算、化學(xué)平衡計算、化學(xué)平衡圖象及影響因素、原電池、溶度積等，屬于拼合型題目，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，難度中等．