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專題56 化學平衡中三維坐標的考查 1．NH3是一種重要的化工原料。 (1)不同溫度、壓強下.合成該平衡體系NH3的物質的量分數如圖 (N2和H2的起始物質的量之比為1:3)。 ①分析圖中數據，升高溫度，該反應的平衡常數K值____(填“增大”“減小”或“不變”)。 ②如果開始時向密閉容器中投入1.0mol N2 和3.0mol H2，則在500℃、3107Pa條件下達到平衡時N2 的平衡轉化率=_______。(保留兩位有效數字) ③液氨和水頗為相像，它能溶解多種無機及有機分子，其電離方程式可表示為2NH3 NH4++ NH2一(某溫度下其離子積常數為10-30)。液氨中的pNH4與水中的pH相似，則該溫度下液氨的pNH4=____。 (2)以氨氣代替氫氣研發(fā)氨清潔燃料電池是當前科研的一個熱點。氨燃料電池使用的電解質溶液是KOH溶液。該電池負極的電極反應式為_________________。 (3)NH3也是造成水體富營養(yǎng)化的重要因素之一，用次氯酸鈉水解生成的次氯酸將水中的NH3轉化為氮氣除去，其相關反應的熱化學方程式如下: 反應I: NH3 (aq)+HClO(aq)=NH2Cl(aq)+H2O(l) △H1=akJ/mol； 反應II :NH2Cl(aq)+HClO(aq)=NHCl2(aq) +H2O(l) △H2=bkJ/mol； 反應III: 2NHCl2(aq) +H2O(l)=N2(g)+HClO( aq)+3HCl( aq) △H3=ckJ/mol。 ①2NH3(aq)+3HClO(aq)==N2 (g)+3HCl(aq)+3H2O(l) △H=________kJ/mol ②已知在水溶液中NH2Cl較穩(wěn)定，NHCl2不穩(wěn)定易轉化為氮氣。在其他條件不變的情況下，改變對溶液中次氯酸鈉去氨氮效果與余氯(溶液中+1價氯元素的含量)的影響如圖所示。a點之前溶液中發(fā)生的主要反應為_______(填序號)。 A．反應I、I I B．反應I ③除氨氮過程中最佳的值約為______________。 【答案】 減小 41% 15 2NH3 ? 6e? + 6OH?=N2 + 6H2O 2a＋2b＋c B 1.5 2．降低大氣中C02的含量及有效地開發(fā)利用CO2，已引起了全世界的普遍重視。 （1）CO2加氫合成DME（二甲醚）是解決能源危機的研究方向之一。 ①2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）△H= -122.4kJmol-1 某溫度下，將2.0molCO2（g）和6.0molH2（g）充入容積為2L的密閉容器中，反應到達平衡時、改變壓強和溫度，平衡體系中CH3OCH3（g）的物質分數變化情況如圖所示，則p1______p2（填“＞”“＜”或“=”，下同）。若T1、P1，T3、P3時平衡常數分別為K1、K3，則K1______K3，T1、P1時H2的平衡轉化率為____________。 ②在恒容密閉容器里按體積比為1：3充入二氧化碳和氫氣，一定條件下反應達到平衡狀態(tài)。當改變反應的某一個條件后，下列能說明平衡一定向逆反應方向移動的是______（填序號）。 A． 反應物的濃度增大 B． 混合氣體的密度減小 C． 正反應速率小于逆反應速率 D． 氫氣的轉化率減小 （2）將一定量的CO2氣體通入氫氧化鈉的溶液中，向所得溶液中邊滴加稀鹽酸邊振蕩至過量，產生的氣體與鹽酸物質的量的關系如圖（忽略氣體的溶解和HCl的揮發(fā)）。請回答：通入1mol HCl時，溶液中所含溶質的化學式_____________，a點溶液中各離子濃度由大到小的關系式為___________________。 （3）CO2在自然界循環(huán)時可與CaCO3反應，CaCO3是一種難溶物質，其。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，現將等體積的CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的濃度為molL-1，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為__________molL-1. 【答案】 ＞ ＜ 57.1% C Na2CO3、NaCl c(Na+)＞c(Cl-)＞c(HC03-)＞c(OH-)＞c(H+)＞c(CO32-) 【解析】（1）①2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）△H= -122.4kJmol-1，該反應為氣體分子數減少的放熱反應，所以平衡時，二甲醚的百分含量隨溫度升高而減少、隨壓強增大而增大，該反應的平衡常數隨溫度升高而減小。由圖可知，在相同溫度、p1和p2兩種不同壓強下，p1對應的二甲醚的百分含量較高，所以p1＞p2；在相同壓強、T1和T3兩種不同溫度下，T3對應的二甲醚的百分含量較高，所以，T1＞T3，由于化學平衡常數只與溫度有關，所以，若T1、P1，T3、P3時平衡常數分別為K1、K3，則K1＜K3。T1、P1時，若H2的平衡轉化率為為，則H2的變化量為6.0，CO2、CH3OCH3、H2O的變化量分別為2.0、1.0、3.0，因為二甲醚的體積分數為0.1，所以，解之得，H2的平衡轉化率為57.1%。 （2）由圖可知，反應明顯分為兩個階段，前后兩個階段所消耗的HCl的物持的量之比為3:2，說明原溶液中的溶質為碳酸鈉和氫氧化鈉，且兩者物質的量之比為2:1，兩者物質的量分別是2mol、1mol。通入1mol HCl時，氫氧化鈉恰好反應完全，溶液中所含溶質為Na2CO3、NaCl。a點溶液中有3mol NaCl和1molNaHCO3，由于碳酸氫根離子的水解程度大于電離程度，所以，各離子濃度由大到小的關系式為c(Na+)＞c(Cl-)＞c(HC03-)＞c(OH-)＞c(H+)＞c(CO32-)。 （3）CO2在自然界循環(huán)時可與CaCO3反應，CaCO3是一種難容物質，其。CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，現將等體積的CaCl2溶液與Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的濃度為molL-1，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為molL-1。 3．NH3是一種重要的化工原料。 （1）不同溫度、壓強下.合破氦平衡休系NH3的物質的量分數如圖 (N2和H2 的起始物質的量之比為1:3)。 ①分析圖中數據，升商溫度，該反應的平衡常數K值____(填“增大”“城小”或“不變”)。 ②下列關于合成氨的說法正確是_____(填序號)。 A．工業(yè)上合成氨，為了提高氨的含量壓強越大越好 B．使用催化劑可以提高氨氣的產率 C．合成氨反應△H<0、△S<0，該反應高溫條件下一定能自發(fā)進行 D．減小n(N2): n(H2) 的比值，有利于提高N2 的轉化率 ③如果開始時向密閉容器中投入1.0mol N2 和3.0mol H2，則在500C、3107Pa條件下達到平衡時N2 的平衡 轉 化率=_______。(保留兩位有效數字) （2）以氨氣代替氫氣研發(fā)氨燃料電池是當前科研的一一個熱點。氨燃料電池使用的電解質溶液是KOH溶液。該電池負極的電極反應式為_________________。 （3）NH3也是造成水體富營養(yǎng)化的重要因素之一，用次氯酸鈉水解生成的次氯酸將水中的NH3轉化為氮氣除去，其相關反應的熱化學方程式如下: 反應I: NH3 (aq)+HClO(aq)=NH2Cl(aq)+H2O(l) △H1=akJ/mol； 反應II :NH2Cl(aq)+HClO(aq)=NHCl(aq)v △H2=bkJ/mol； 反應III: 2NHCl2(aq) +H2O(l)=N2(g)+HClO( aq)+3HCl( aq) △H3=ckJ/mol。 ①2NH3(aq)+3HClO(aq)==N2(g)+ H2O(l) △H=________kJ/mol ②已知在水溶液中NH2Cl較穩(wěn)定，NHCl2不穩(wěn)定易轉化為氮氣。在其他條件不變的情況下，改變對溶液中次氯酸鈉去氨氮效果與余氯(溶液中+1價氯元素的含量) 的影響如圖l4所示。a點之前溶液中發(fā)生的主要反應為_______(填序號)。 A．反應I、I I B．反應I ③除氨氮過程中最佳的值約為______________。 【答案】 減小 D 41% 2NH3 ? 6e? + 6OH?=N2 + 6H2O B 1.5 ③通過圖像可知在500℃、3107Pa條件下達到平衡時，氨氣的物質的量分數為26%，設氮氣的消耗量為xmol,根據反應方程式進行計算如下： N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 起始量 1 3 0 變化量 x 3x 2x 平衡量 1-x 3-3x 2x 根據氨氣的物質的量分數=2x/(1-x+3-3x+2x)100%=26%，解之x=0.41mol，所以N2 的平衡 轉 化率為41%；正確答案：41%。 （2）氨氣為堿性氣體,易與酸反應，所以電解質溶液應呈堿性，負極發(fā)生氧化反應，氨氣被氧化生產氮氣，電極反應式為2NH3 ? 6e? + 6OH?=N2 + 6H2O；正確答案：2NH3 ? 6e? + 6OH?=N2 + 6H2O。 （3）①根據化學方程式和蓋斯定律計算①2 +②2+③得到熱化學方程式為2NH3(aq)+3HClO(aq)==N2(g)+ H2O(l) △H= ；正確答案：。 ②用次氯酸鈉水解生成的次氯酸將水中的氨氮(用表示)轉化為氮氣除去，改變(即NaClO溶液的投入液)，溶液中次氯酸鈉去除氨氮效果與余氯圖象變化中，次氯酸少氨氣多，a點前發(fā)生的反應是NH3(g)+HClO(aq)==NH2Cl(aq)+H2O(l)；從圖象分析可以知道，反應中氨氮去除效果最佳為去除率較高同時余氯量最少，圖象中符合的比值為1.5；正確答案：B；1.5。 4．NH3是一種重要的化工原料，可用來制備肼、硝酸、硝酸銨和氯胺等。 （1）N2和H2以物質的量之比為1∶3在不同溫度和壓強下發(fā)生反應：N2+3H22NH3，測得平衡體系中NH3的物質的量分數如圖。 ①下列途徑可提高氨氣產率的是_____(填序號)。 a.采用常溫條件 b.采用適當的催化劑 c.將原料氣加壓 d.將氨液化，不斷移去液氨 ②上圖中所示的平衡體系中NH3的物質的量分數為0.549和0.478時，該反應的平衡常數分別為K1、K2，則K1 ___(選填“＞”或“＜”或“＝”)K2。 （2）肼(N2H4)是一種火箭燃料。已知：N2(g)+2O2(g)＝2NO2(g) ?H=+67.7kJmol-1 N2H4(g)+O2g)＝N2(g)+2H2O(g) ?H =－534.0 kJmol-1 NO2(g)＝1/2N2O4(g) ?H =－28.0 kJmol-1 ①反應2N2H4(g)+ N2O4(g)＝3N2(g) + 4H2O(g)的?H =_____ kJmol-1。 ②氨氣與次氯酸鈉溶液反應生成肼的離子方程式為_________。 （3）電解硝酸工業(yè)的尾氣NO可制備NH4NO3，其工作原理如圖。 ①陰極的電極反應式為__________。 ②將電解生成的HNO3全部轉化為NH4NO3， 則通入的NH3與實際參加反應的NO的物質的量之比至少為_________。 （4）飲用水消毒時，氯胺（NH2Cl等）在酸性條件下具有良好的效果，其原因是_____________。 【答案】 bcd = -1079. 7 2NH3+ClO-=Cl-+N2H4+H2O NO+5e-+6H+=NH4++H2O 1：4 氯胺與水反應存在平衡：NH2Cl+ H2ONH3+HClO，酸性條件下平衡右移使次氯酸濃度變大 (2)①已知a．N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+67.7kJ/mol， b．N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)△H=-534.0kJ/mol， c．NO2(g)═N2O4(g)；△H=-28.0kJ?mol-1， 由蓋斯定律b2-a-c2得到：熱化學方程式：2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g)△H=-1079.7kJ/mol； ②氨氣與次氯酸鈉溶液反應生成肼、氯化鈉、水，化學方程式為2NH3+NaClO═NaCl+N2H4+H2O，離子方程式為2NH3+ClO-═Cl-+N2H4+H2O； (3)①工業(yè)上電解NO制備 NH4NO3，由裝置圖可知陽極發(fā)生氧化反應，NO被氧化生成NO3-，陰極發(fā)生還原反應，NO被還原生成NH4+，陽極反應為NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，陰極反應為：NO+5e-+6H+=NH4++H2O； ②總反應方程式為：8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，生成的硝酸和反應的NO的物質的量之比等于2：8=1：4，通入的NH3的物質的量至少應與生成的硝酸的物質的量相等，因此通入的NH3與實際參加反應的NO的物質的量之比至少為1︰4； (4)氯胺與水反應存在平衡：NH2Cl+H2O?NH3+HClO，酸性條件下，減小了NH3的濃度，平衡右移使次氯酸濃度變大。