Question

氨为重要化工原料，有广泛用途。

(1)合成氨中的氢气可由下列反应制取：

a.CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)    △H=+216.4KJ/mol

b.CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)    △H=-41.2kJ/mol

则反应CH₄(g)+2H₂O(g)CO₂(g)+4H₂(g)    △H=______。

(2)起始时投入氮气和氢气分别为1mol、3mol，在不同温度和压强下合成氨。平衡时混合物中氨的体积分数与温度关系如图。

①恒压时，反应一定达到平衡状态的标志是______(填序号)：

A.N₂和H₂的转化率相等     B.反应体系密度保持不变

C.的比值为3:2        D.=2

②P₁______P₂(填“>”、“<”、“=”，下同)：反应平衡常数：B点______D点；

③C点H₂的转化率______；(数值保留0.1%)在A、B两点条件下，该反应从开始到平衡时生成氢气平均速率：v(A)______v(B)(填“>”、“<”、“=”)。

(3)已知25℃时由Na₂SO₃和NaHSO₃形成的混合溶液恰好呈中性，则该混合溶液中各离子浓度的大小顺序为______________(已知25℃时，H₂SO₃的电离平衡常数Ka₁=1×10^-2，Ka₂=1×10^-7)

Answer

CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) △H=+175.2kJ/mol B < > 66.7% < c(Na+)>c(HSO3-)=c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)

【解析】

(1)将两个热化学方程式叠加，就可得到相应反应的热化学方程式；

(2)①根据反应达到平衡时任何一组分的速率不变，物质的浓度、含量等不变判断平衡状态；

②该反应是气体体积减小的反应，在温度不变时，增大压强，平衡正向移动，氨的含量增加；在压强不变时，根据该反应的正反应是放热反应分析判断B、D两点的化学平衡常数大小；

③根据C点时氨的含量是50%，利用三段式计算H2的转化率；根据A、B两点的温度、压强的大小及温度、压强与化学反应速率的影响分析；

(3)利用物料守恒、电荷守恒分析比较离子浓度大小。

(1)a+b，整理可得CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) △H=+175.2kJ/mol；

(2)①A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在该反应中N2、H2反应的物质的量的比是1：3，加入的物质的物质的量的比是1：3，所以无论反应是否达到平衡，N2和H2的转化率都相等，不能据此判断反应为平衡状态，A错误；

B.该反应是反应前后气体分子数不相等的反应，由于压强恒定不变，若反应未达到平衡，气体体积就会发生变化，由于气体质量不变，所以密度就会发生变化，因此若密度不变，反应达到平衡状态，B正确；

C.氢气是反应物，氨气是生成物，若氢气减少，则氨气必然增加，其比值就会发生变化，当的比值不变时说明反应达到平衡状态，但当比值为3：2时，不一定说明反应处于平衡状态，C错误；

D.氮气是反应物，氨气是生成物，只要不平衡，若氮气减少，则氨气比增加，其比值就会发生变化，当比值不变时，说明反应处于平衡状态，但当比值为2时，不一定说明不再变化，所以不一定是平衡状态，D错误；

故合理选项是B；

②该反应是气体体积减小的反应，在温度不变时，增大压强，平衡向气体体积减小的正反应方向移动，氨的含量增加，由图可知，在温度相同时，压强为P1时的平衡混合物中氨的体积分数小于压强为P2时，所以根据图示可知压强：P2>P1，即P1D；

③ N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

开始(mol) 1 3 0

转化(mol)x 3x 2x

平衡(mol)1-x 3-3x 2x

由于平衡时混合物中氨的体积分数为50%，=50%，解得x=2/3，由于氮气与氢气反应的物质的量的比是1:3，加入的物质的物质的量的比是1:3，所以氮气与氢气的转化率相等，即为66.7%；

根据图示可知A、B两点平衡混合物中氨的含量相同，B点温度和压强均高于A点温度和压强，温度升高，速率加快，压强增大，速率加快，所以在A、B两点条件下的化学反应速率V(A)c(H+)=c(OH-)，因此该混合溶液中离子浓度大小关系为：c(Na+)> c(HSO3-)=c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)。