Question

氯胺是由氯气遇到氨气反应生成的一类化合物，是常用的饮用水二级消毒剂，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺(NH₂Cl、NHCl₂和NCl₃)。

(1)氯胺作饮用水消毒剂是因为水解生成具有强烈杀菌作用的物质，该物质的结构式为________，二氯胺与水反应的化学方程式为_____________。将0.01 mol NCl₃通入100 mL 0.5 mol/L Na₂SO₃溶液中，转移电子的物质的量为_______mol。

(2)已知部分化学键的键能和化学反应的能量变化如下表和下图所示。

则反应过程中的△H₂=____kJ·mol^-1，表中的x=_____。

(3)在密闭容器中反应NH₃(g)+Cl₂(g)NH₂Cl(g)+HCl(g)达到平衡，通过热力学定律计算，不同温度下理论上NH₂Cl的体积分数随的变化如下图所示。

①a、b、c三点对应平衡常数的大小关系是(分别用K_a、K_b、K_c表示)_________。b点时，该反应的平衡常数为________；

②T₂℃，Q点对应的速率：__________(填“>”、“<”或“=”)；

③在氨氯比一定时，提高NH₃的转化率的方法是__________(任写1种)；

④若产物都是气体，实验测得NH₂C1的体积分数始终比理论值低，原因可能是______________。

Answer

H-O-C1 NHCl2+2H2O=NH3+2HC1O 0.06 -1405.6 191.2 Ka=Kb>Kc < 升温或及时分离出产物NH2Cl 有副反应，还可能生成NHCl2、NC13、N2等

【解析】

(1)氯胺与H2O反应产生NH3和HClO；二氯胺与水反应产生NH3和两分子的HClO；NCl3与H2O反应产生NH3和HClO，HClO将Na2SO3氧化为Na2SO4，HClO被还原为HCl，HCl与NH3结合形成NH4Cl，根据反应前后元素化合价的变化分析电子转移情况；

(2)根据反应热与反应物、生成物的活化能大小分析，根据△H=反应物总键能-生成物总键能分析；

(3)①平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，当n(NH3)：n(Cl2)=0.4时结合NH2Cl的体积分数为20%，通过物质平衡转化关系计算出各物质平衡量，代入平衡常数公式计算；

②在T2温度下，过Q点作垂线，此时Q点对应NH2Cl的体积分数偏高，联系平衡移动即可得出正反应速率与逆反应速率的大小；

③提高NH3的转化率，则平衡应该正向移动，联系平衡移动的相关知识解答；

④NH2Cl的体积分数始终比理论值低，可能的原因很多，可从副反应或者有其他杂质产生方面考虑回答即可。

(1)氯胺与H2O反应产生NH3和HClO，反应产生的HClO具有强的氧化性，其结构式为H-O-Cl；二氯胺与水反应产生NH3和两分子的HClO，反应方程式为：NHCl2+2H2O=NH3+2HC1O；NCl3与H2O反应产生NH3和HClO，HClO将Na2SO3氧化为Na2SO4，HClO被还原为HCl，HCl与NH3结合形成NH4Cl，1 mol NCl3反应产生3 mol HClO，氧化Na2SO3产生Na2SO4时转移6 mol电子，则0.01 mol NCl3发生反应转移0.06 mol电子；

(2)由于从能量数值看△H1=△H+△H2，所以△H2=△H1-△H=1416.9 kJ/mol-11.3 kJ/mol=1405.6 kJ/mol，物质由能量高的状态转化为能量低的状态，反应放出热量，则反应过程中的△H2=-1405.6 kJ/mol；由△H=反应物总键能-生成物总键能，得：1416.9 kJ/mol-(2×391.3 kJ/mol+x kJ/mol+431.8 kJ/mol)=+11.3kJ/mol，解得x=191.2 kJ/mol；

(3)①由于a、b两点温度相同，则Ka=Kb，由于该反应的正反应为吸热反应，当为定值时，T2下NH2Cl的体积分数更小，说明T2下平衡逆向移动，则Kc变小，所以a、b、c三点化学平衡常数的关系是：Ka=Kb>Kc；当=0.4时，假设容器体积为V L，起始量n(NH3)=0.4 mol，n(Cl2)=1 mol，NH3变化量为x mol，则平衡时n(NH3)=(0.4-x) mol，n(Cl2)=(1-x) mol，n(NH2Cl)=n(HCl)=x mol，同温同压下气体的体积比等于气体的物质的量的比，则：×100%=20%，解得x=0.28 mol，则该反应的平衡常数Kb=；

②在T2温度下，Q点NH2Cl的体积分数偏高，平衡将向着使NH2Cl的体积分数下降的方向移动，所以Q点平衡逆移，v正0，升高温度，或及时分离出产物NHCl2，都会使平衡正向移动，NH3的转化率升高；

④NH2Cl的体积分数始终比理论值低，可能是：有副反应，还可能生成NHCl2、NCl3、N2。