Question

随着科技的进步，合理利用资源、保护环境成为当今社会关注的焦点。甲胺铅碘(CH₃NH₃PI₃)引用作新敏化太阳能电池的敏化剂，可由CH₃NH₂、PbI₂及HI为原料合成。回答下列问题：

（1）制取甲胺的反应为CH₃OH(g)+NH₃(g)CH₃NH₂(g)+H₂O(g)  △H₁。

①NH₃电子式为_______。

②已知该反应中相关化学键的键能数据如下：

则该反应的△H₁=_______kJ·mol^－1

（2）上述反应中所需的甲醇可以利用甲烷为原料在催化剂作用下直接氧化来合成。煤炭中加氢气可发生反应：C(s)+2H₂(g)CH₄(g)   △H₂。在密闭容器中投入碳和H₂，控制条件使其发生该反应，测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图中曲线所示。

①该反应的△H₂_______0(填“>” 、“<”或“=”)，判断理由是_______。

②在4MPa、1100K时，图中X点v_正(H₂)____ v_逆(H₂)(填“>”、“<”或“=”)。该条件下，将1molC和2molH₂通入密闭容器中进行反应，平衡时测得的转化率为80%，CH₄的体积分数为______。若维持容器体积不变，向其中再加入0.5mo1C和1mo1H₂，再次达到平衡后，平衡常数K_____(填“增大”、“减小”或“不变”)。

③某化学兴趣小组提供下列四个条件进行上述反应，比较分析后，你选择的反应条件是______(填字母序号)。

A．5MPa 800K      B．6MPa 1000K    C．10MPa 1000K    D．10MPa 1100K

（3）已知常温下PbI₂饱和溶液(呈黄色)中c(Pb²⁺)=1.0×10^－3mol·L^－1，Pb(NO₃)₂溶液与KI溶液混合可形成PbI₂沉淀。现将浓度为2×10^－3mol·L^－1的Pb(NO₃)₂溶液与一定浓度的KI溶液等体积混合，则生成沉淀所需KI溶液的最小浓度为______。

Answer

—12 > 随着温度升高，碳的平衡转化率增大，平衡向正反应方向移动，故该反应为吸热反应 > 66.7% 不变 B 4×10－3mol·L－1

【解析】

（1）①NH3为共价化合物；

②由反应热=反应物总键能-生成物总键能可得；

②在4MPa、1100K时，图中X点没有达到平衡，碳的转化率有增大趋势，说明反应向正反应方向进行；由题给数据建立三段式求解；

③由图可知条件为6MPa 1000K时，碳的转化率高于5MPa 800K，与10MPa 1000K和10MPa 1100K相差不大；

（3）由常温下PbI2饱和溶液中c(Pb2+)计算溶度积，再由c(Pb2+)和溶度积计算所需KI溶液的最小浓度。

（1）①NH3为共价化合物，电子式为，故答案为；

②由反应热=反应物总键能-生成物总键能可得△H1=[3E(C—H)+E（C—O）+ E（H—O）+3 E（N—H）]—[3E(C—H)+E（C—N）+2E（N—H）+2E（H—O）]= E（C—O）—E（H—O）+E（N—H）—E（C—N）=（351—463+393—293）kJ·mol－1=—12kJ·mol－1，故答案为—12；

（2）①由图可知，随着反应温度升高，碳的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，该反应为吸热反应，故答案为>；随着温度升高，碳的平衡转化率增大，平衡向正反应方向移动，故该反应为吸热反应；

②在4MPa、1100K时，图中X点没有达到平衡，碳的转化率有增大趋势，说明反应向正反应方向进行，则v正(H2) > v逆(H2)；由题给数据建立如下三段式：

C(s)+2H2(g)CH4(g)

起（mol） 1 2 0

变（mol） 0.8 1.6 0.8

平（mol） 0.4 0.8

由三段式可得CH4的体积分数为；温度不变，平衡常数不变，故答案为>；66.7%；不变；

③由图可知条件为6MPa 1000K时，碳的转化率高于5MPa 800K，与10MPa 1000K和10MPa 1100K相差不大，从节约能源的角度考虑6MPa 1000K是较好的选择，故答案为B；

（3）由常温下PbI2饱和溶液中c(Pb2+)=1.0×10－3mol·L－1可知，Ksp（PbI2）=c（Pb2+）c2（I-）=1.0×10-3mol•L-1×（2.0×10-3mol/L）2=4×10-9，则现将浓度为2×10－3mol·L－1的Pb(NO3)2溶液与一定浓度的KI溶液等体积混合后c（Pb2+）为1×10－3mol·L－1，溶液中c（I-）==2×10－3mol·L－1，则所需KI溶液的最小浓度为2×10－3mol·L－1×2=4×10－3mol·L－1，故答案为4×10－3mol·L－1。