Question

氨可用于制取氨水、氮肥、硝酸、铵盐、纯碱等，因此被广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维、塑料等行业．

（1）以甲烷为原料可制得合成氨用的氢气，有关反应的能量变化如下图所示：

　

写出CH₄(g)与H₂O(g)反应生成CO(g)和H₂(g)的热化学方程式：_______________。

（2）已知N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)；△H= -94.4kJ·mol^-1，在某容积为2L的恒容容器中发生合成氨反应，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图所示：

①前20min内v(NH₃)=________mol/(L·min)，放出的热量为________。

②45min时采取的措施是________；时段III条件下反应的平衡常数为________（保留3位有效数字）。

（3）一定温度下，将不同量的CO₂、NH₃分别通入某恒容密闭容器中进行下列反应：2NH₃(g)+CO₂(g)=CO(NH₂)₂(l)+H₂O(g)；△H＜0，得到如下数据：

实验组	起始量/mol	平衡时的转化率	平衡时气体平均相对分子质量
NH3(g)	CO2(g)	NH3(g)	CO2(g)
1	2	1	a1	a2	M1
2	4	2	a3	a4	M2
3	n1	n2	a5	a6	M3

①a₁________a₄（填“＜”、“＝”或“＞”）；M₁________ M₂（填“＜”、“＝”或“＞”）。

②若a₅>a₆，则n₁，n₂必须满足的关系是________。

（4）室温时将氨通入500mL 0.1mol·L^-1盐酸中至pH=6，所得溶液中离子浓度由大到小的顺序是____________________________________________。

（5）氨、空气、KOH溶液可构成燃料电池，反应原理为4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，反应一段时间后，电解质溶液的pH将________（填“增大”“减小”或“不变”）。

Answer

CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)；△H= +161.1kJ·mol-1 0.05 94.4 kJ 降温 2.37 ＜ ＞ n1＜2n2 c(Cl-)＞c(NH4+)＞c(H＋)＞c(OH-) 减小

【解析】

（1）由图示得到题给图像已知热化学方程式，由盖斯定律计算可得；

（2）①由图给数据和反应速率公式计算；由生成氨气的物质的量和热化学方程式计算；

②该反应是一个气体体积减小的放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动；依据图给数据和平衡常数公式计算；

（3）当投料比等于化学计量数之比时，反应物转化率相等，由此分析；

（4）溶液呈酸性，溶液中c(H＋)＞c(OH-)，由溶液中存在的电荷守恒关系c(NH4＋)+c(H＋)=c(OH-)+ c(Cl-)可知，溶液中c(Cl-)＞c(NH4＋)；

（5）由于电解质溶液为碱性，放电时生成水，相当于稀释了KOH溶液。

（1）由图可知，①②③的反应物能量都高于生成物能量，所以三个反应都是放热反应；已知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)；△H1= -846.3 kJ·mol-1，②CO(g)+O2(g)=CO2(g)；△H2= -282 kJ·mol-1，③O2(g)+H2(g)=H2O(g)；△H3= -241.8 kJ·mol-1，根据盖斯定律①-②-③×3可以得到的热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)；ΔH=△H1-△H2-3△H3=(-846.3kJ·mol-1)-(-282kJ·mol-1)-3×(-241.8kJ·mol-1)= +161.1kJ·mol-1，故答案为CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)；△H= +161.1kJ·mol-1；

（2）①由图可知，20min时生成c(NH3)=1mol/L，则v(NH3)==0.05mol/(L·min)；反应生成n(NH3)=1mol/L×2L=2mol，则放出的热量为94.4kJ，故答案为0.05；94.4 kJ；

②由图可知，45min瞬间时，各物质浓度不变，45min后氨的浓度增大，氮气和氢气浓度减小，说明平衡向正反应方向移动，该反应是一个气体体积减小的放热反应，则所采取的措施只能是降温；时段Ⅲ条件下反应达到平衡时，氨气浓度为0.50mol/L，氢气浓度为0.75 mol/L，氮气浓度为0.25mol/L，则化学平衡常数K===2.37，故答案为降温；2.37；

（3）①当投料比等于化学计量数之比时，反应物转化率相等，实验组1和实验组2投料比等于化学计量数之比，则a1=a2，a3=a4，由实验组1和实验组2投料比可知，恒容条件下实验组2相当于实验组1的加压，该反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向化学计量数减小的方向移动，反应物转化率增大，a1＜a4；反应前气体平均相对分子质量为(×17+×44)=26，若反应完全进行所得气体的相对分子质量为18，加压，平衡正向移动，则气体平均相对分子质量减小，M1＞M2，故答案为＜；＞；

②当投料比等于化学计量数之比时，反应物转化率相等，若a5＞a6，则n1，n2必须满足的关系是n1＜2n2，故答案为n1＜2n2；

（4）室温时将氨通入500mL 0.1mol·L-1盐酸中至pH=6，溶液呈酸性，溶液中c(H＋)＞c(OH-)，由溶液中存在的电荷守恒关系c(NH4＋)+c(H＋)=c(OH-)+ c(Cl-)可知，溶液中c(Cl－) ＞c(NH4＋)，

则所得溶液中离子浓度由大到小的顺序是c(Cl-)＞c(NH4＋)＞c(H＋)＞c(OH-)，故答案为c(Cl-)＞c(NH4＋)＞c(H＋)＞c(OH-)；

（5）由于电解质溶液为碱性，放电时生成水，相当于稀释了KOH溶液，故放电一段时间后溶液pH减小，故答案为减小。