Question

5．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用，氨是最重要的氮肥，是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一．其工業(yè)合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．在密閉容器中，使2mol N₂和6mol H₂混合發(fā)生以上反應．
（1）當反應達到平衡時，N₂和H₂的濃度比是1：3，N₂和H₂的轉化率比是1：1
（2）升高平衡體系的溫度（保持體積不變），混合氣體的平均相對分子質量變�。ㄌ睢白兇蟆薄白冃　被颉安蛔儭保�
（3）當達到平衡時，充入氬氣并保持壓強不變，平衡將逆向（填“正向”“逆向”或“不”）移動
（4）若容器恒容、絕熱，加熱使容器內(nèi)溫度迅速升至原來的2倍，平衡將向左移動（填“向左移動”“向右移動”或“不移動”）．達到新平衡后，容器內(nèi)溫度小于（填“大于”“小于”或“等于”）原來的2倍．
（5）如圖表示工業(yè)500℃、60.0MPa條件下合成氨，原料氣投料比與平衡時NH₃體積分數(shù)的關系．根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N₂的平衡體積分數(shù)：14.5%．
（6）在25℃下，將a mol•L^-1的氨水與0.01mol•L^-1的鹽酸等體積混合，反應平衡時溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）；用含a的代數(shù)式表示NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$．

Answer 1

分析 （1）起始的物質的量比等于化學計量數(shù)之比，則轉化率相同，平衡濃度之比等于化學計量數(shù)之比；
（2）為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，氣體的質量不變，n增大；
（3）充入氬氣并保持壓強不變，反應體系的壓強減小，平衡逆向移動；
（4）為放熱反應，若容器恒容、絕熱，加熱使容器內(nèi)溫度迅速升至原來的2倍，平衡逆向移動；
（5）氨氣體積含量42%，設平衡混合氣體體積為100，氨氣為體積42，則反應前氣體體積100+42=142，氮氣和氫氣按照1：3混合，結合反應及差量法計算；
（6）反應平衡時溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），結合K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$計算．

解答 解：（1）在密閉容器中，使2molN₂和6molH₂混合發(fā)生下列反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反應物起始量之比等于化學方程式中的反應之比，所以平衡濃度為1：3，N₂和H₂的轉化率比是為1：1，
故答案為：1：3；1：1；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，氣體質量不變，氣體物質的量增大，根據(jù)容器中氣體的平均相對分子量=$\frac{m}{n}$，則混和氣體的平均相對分子質量減小，故答案為：變��；
（3）充入氬氣并保持壓強不變，反應體系的壓強減小，平衡逆向移動，故答案為：逆向；
（4）為放熱反應，若容器恒容、絕熱，加熱使容器內(nèi)溫度迅速升至原來的2倍，平衡向左移動，達到新平衡后，容器內(nèi)溫度小于原來的2倍，
故答案為：向左移動；小于；
（5）依據(jù)反應特征
N₂+3H₂=2NH₃ △V
1   3    2       2
平衡體積      V      V
即反應前后氣體體積減小為生成氨氣的體積，相同條件下，氣體體積比等于氣體物質的量之比，圖象分析可知平衡狀態(tài)氨氣體積含量42%，設平衡混合氣體體積為100，氨氣為體積42，則反應前氣體體積100+42=142，氮氣和氫氣按照1：3混合，氮氣體積=142×$\frac{1}{4}$=35.5，依據(jù)化學方程式計算反應的氮氣體積為21，平衡狀態(tài)氮氣為35.5-21=14.5，則氮氣體積分數(shù)為14.5%，
故答案為：14.5%；
（6）在25℃下，平衡時溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，根據(jù)物料守恒得n（NH₃．H₂O）=（0.5a-0.005）mol/L，根據(jù)電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}×5×1{0}^{-3}}{0.5a-5×1{0}^{-3}}$=$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$，
故答案為：$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，把握平衡三段法、平衡常數(shù)、平衡移動為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意差量法及電荷守恒應用，題目難度不大．