Question

碳、氮、氧、铝都为重要的短周期元素，其单质及化合物在工农业生产生活中有重要作用。请回答下列问题：

（1）在密闭容器内（反应过程保持体积不变），使1molN₂和3molH₂混合发生下列反应：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)   △H=-92.4kJ/mol。当反应达到平衡时，N₂和H₂的浓度之比是_______；当升高平衡体系的温度，则混合气体的平均式量______（将“增大”“减小”或“不变”）；当达到平衡时，再向容器内充入1mol N₂，H₂的转化率_______（填“提高”“降低”或“不变”）；当达到平衡时，将c(N₂)、c(H₂)、c(NH₃)同时增大1倍，平衡_______移动（填“正向”“逆向”或“不”）。

（2）由题干所述元素中的三种组成的某种强酸弱碱盐的化学式为________，其溶于水能_____水的电离（填“促进”或“抑制”），且使溶液的pH_______（填“升高”“降低”或“不变”），原因是_________（用离子方程式表示）。

（3）空气是硝酸工业生产的重要原料，氨催化氧化是硝酸工业的基础，氨气在铁触媒作用下只发生主反应①和副反应②：

4NH₃(g)+5O₂4NO+6H₂O(g)   △H=-905kJ/mol      ①

4NH₃(g)+3O₂2N₂+6H₂O(g)   △H=-1268kJ/mol      ②

①氮气与氧气反应生成NO的热化学方程式为______________________。

②在氧化炉中催化氧化时，有关物质的产率与温度的关系如图。下列说法中正确的是_____。

A.工业上氨催化氧化生成NO时，最佳温度应控制在780～840℃之间

B.工业上采用物料比在1.7～2.0，主要是为了提高反应速率

C.加压可提高NH₃生成NO的转化率

D.由图可知，温度高于900℃时，生成N₂的副反应增多，故NO产率降低

（4）M是重要的有机化工原料，其分子与H₂O₂含有相同的电子数，将1molM在氧气中完全燃烧，只生成1molCO₂和2molH₂O，则M的化学式为_______。某种燃料电池采用铂作为电极催化剂，以KOH溶液为电解质，以M为燃料，以空气为氧化剂。若该电池工作时消耗1molM，则电路中通过_____mol电子。

Answer

1∶3 减小 提高 正向 Al(NO3)3 促进 降低 Al3++3H2OAl(OH)3+3H+ N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+181.5 kJ·mol−1 AD CH3OH 6

【解析】（1）在密闭容器内（反应过程保持体积不变），使1molN2和3molH2混合发生下列反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4kJ/mol。氮气和氢气按照化学计量数之比充入进行反应，所以当反应达到平衡时，N2和H2的浓度之比是1∶3；正反应放热，升高平衡体系的温度，平衡向逆反应方向进行，混合气体的物质的量增加，总质量不变，则混合气体的平均式量减小；当达到平衡时，再向容器内充入1mol N2，平衡向正反应方向进行，所以H2的转化率提高；当达到平衡时，将c(N2)、c(H2)、c(NH3)同时增大1倍，相当于增大压强，平衡正向移动；（2）由碳、氮、氧、铝元素中的三种组成的某种强酸弱碱盐是硝酸铝，化学式为Al(NO3)3，铝离子水解溶液显酸性，即其溶于水能促进水的电离，溶液的pH降低，水解方程式为Al3++3H2OAl(OH)3+3H+；（3）①已知：①、4NH3(g)+5O24NO+6H2O(g) △H=-905kJ/mol，②4NH3(g)+3O22N2+6H2O(g) △H=-1268kJ/mol，根据盖斯定律可知（①－②）÷2即得到氮气与氧气反应生成NO的热化学方程式：N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH=+181.5 kJ·mol−1；②A、根据图像可知780～840℃之间生成的NO含量最高，所以工业上氨催化氧化生成NO时，最佳温度应控制在780～840℃之间，A正确；B、工业上采用物料比在1.7～2.0，主要是为了氨气的转化率，生成更多的NO，B错误；C、正反应体积增大，加压平衡向逆反应方向进行，NH3生成NO的转化率降低，C错误；D、由图可知，温度高于900℃时，生成N2的副反应增多，故NO产率降低，D正确，答案选AD；（4）M是重要的有机化工原料，其分子与H2O2含有相同的电子数，将1molM在氧气中完全燃烧，只生成1molCO2和2molH2O，则根据原子守恒可知M的化学式为 CH3OH；甲醇中碳元素是-2价，反应后转化为CO2，升高到+4价，失去6个电子，所以电池工作时消耗1molM，则电路中通过6mol电子。

点睛：浓度、压强对平衡状态的影响是解答的易错点，注意浓度、压强影响化学平衡的几种特殊情况：①气体减压或增压与溶液稀释或浓缩的化学平衡移动规律相似。②对于反应前后气体分子数无变化的反应，压强的变化对其平衡无影响。这是因为，在这种情况下，压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的，故平衡不移动。③同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度，应视为压强对平衡的影响。