Question

【题目】氨为重要的化工原料，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) ΔH1＝＋216.4 kJ·mol－1

b．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1

则反应CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝_________________________。

(2)起始时投入氮气和氢气的物质的量分别为1 mol、3 mol，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的关系如图。

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 c(H2)/c(NH3 )保持不变 D c(NH3 )/c(N2)＝2

②p1________(填“>”、“<”、“＝”或“不确定”，下同)p2；反应的平衡常数：B点________D点。

③C点H2的转化率为________；在A、B两点条件下，该反应从开始到平衡时生成氨气的平均速率：v(A)________v(B)。

(3)N2H4可作火箭推进剂，NH3和NaClO在一定条件下反应可生成N2H4。

①写出NH3和NaClO反应生成N2H4的化学方程式________________________________。

②已知25 ℃时，N2H4的水溶液呈弱碱性：N2H4＋H2ON2H5+＋OH－K1＝1×10－a N2H5+＋H2ON2H62+＋OH－　K2＝1×10－b25 ℃时，向N2H4水溶液中加入H2SO4，欲使c(N2H5+)>c(N2H4)，同时c(N2H5+)>c(N2H62+)，应控制溶液pH的范围为__________________________________(用含a、b的式子表示)。

Answer 1

【答案】＋175.2 kJ·mol－1 BC < > 66.7% < 2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O 14－b<pH<14－a

【解析】

（1）已知a.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝＋216.4kJ·mol－1，b.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2kJ·mol－1，根据盖斯定律由a+b可得反应：CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g) ΔH=＋216.4kJ·mol－1+(－41.2kJ·mol－1)=＋175.2 kJ·mol－1，故答案为：＋175.2kJ·mol－1。

（2）①A.氮气和氢气的初始物质的量之比为1:3，由反应方程式N2+3H22NH3可得，氮气和氢气按物质的量之比1:3反应，所以N2和H2的转化率一直是相等的，与是否达到平衡状态无关，故A不选；

B.该反应是一个气体分子式变化的反应，恒压是只要不平衡，气体体积就会发生变化，因为气体总质量不变，所以密度就会不断变化，当密度不变时，说明达到平衡状态，故B选；

C.氮气时反应物，氨气是生成物，若氢气减少，则氨气必增多，其比值c(H2)/c(NH3 )就会变化，当比值不变时说明已经处于平衡状态，故C选；

D.氢气是反应物，氨气是生成物，只要不平衡，若氢气减少，则氨气必增多，其比值c(H2)/c(NH3 )就会变化，当比值不变时说明已经处于平衡状态，但当比值为2时，不一定说明不在变化，所以不一定是平衡状态，故D不选。

故答案为：BC。

②合成氨反应是一个气体分子数减小的反应，增大压强有利于平衡正向移动，有图可知，温度相同时，压强为P1时平衡混合物中氨的体积分数小于压强为P2时，所以P1<P2；合成氨正反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，D点温度高于B点温度，所以平衡常数：B＞D，故答案为：<，>。

③设C点H2的转化率为α(H2)

N2 + 3H2 2NH3

初始(mol) 1 3 0

转化(mol) α(H2) 3α(H2) 2α(H2)

平衡(mol) 1-α(H2) 3-3α(H2) 2α(H2)

因为平衡混合物中氨的体积分数为50%，同温同压下气体体积分数与物质的量分数相等，所以2α(H2)/(1-α(H2)+3-3α(H2)+ 2α(H2))×100%=50%，解得α(H2)=66.7%；A、B两点平衡混合物中氨的体积分数相同，B点温度和压强均高于A点温度和压强，则在A、B两点条件下，该反应从开始到平衡时生成氨气的平均速率：v(A)< v(B)，故答案为：. 66.7%，<。

（3）①NH3与NaClO一定条件下发生氧化还原反应可得到肼（N2H4）、氯化钠和水，NaClO作氧化剂，被还原为NaCl，所以该反应的化学方程式为：2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O，故答案为：2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O。

②K1=c(N2H5+)c(OH－)/c(N2H4)=1×10-a，所以c(N2H5+)= c(N2H4)时，c(OH－) =1×10-a，c(H+)=Kw/c(OH－)=10-(14-a)，pH=-lgc(H+)=14-a，则c(N2H5+)＞c(N2H4)时，c(OH－)<1×10-a，c(H+)=Kw/ c(OH－)＞10-(14-a)，pH=-lgc(H+)<14-a，K2=c(N2H62+)c(OH－)/c(N2H5+)=1×10-b，所以c(N2H5+)=c(N2H62+)时，c(OH－) =1×10-b，c(H+)=Kw/c(OH－)=10-(14-b)，pH=-lgc(H+)=14-b，则c(N2H5+)＞c(N2H62+)时，c(OH－)<1×10-b，c(H+)=Kw/c(OH－)＞10-(14-b)，pH=-lgc(H+)<14-b，所以25℃时，向N2H4水溶液中加入H2SO4，欲使c(N2H5+)>c(N2H4)，同时c(N2H5+)>c(N2H62+)，应控制溶液pH的范围为(14-b，14-a)，故答案为：14－b<pH<14－a。