Question

1942年，我國化工專家侯德榜以NaCl、NH₃、CO₂等為原料先制得NaHCO₃，進而生產出純堿，他的“侯氏制堿法”為世界制堿工業做出了突出貢獻．有關反應的化學方程式如下：
NH₃+CO₂+H₂O═NH₄HCO₃；NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl；2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（1）“侯氏制堿法”把合成氨和純堿兩種產品聯合生產，在N₂+3H₂?2NH₃的平衡體系中，當分離出NH₃時，下列說法中正確的是

 

．
A．正反應速率增大                  B．平衡向逆反應方向移動
C．正反應速率大于逆反應速率         D．逆反應速率先變小后變大
在一定條件下，1mol N₂和3mol H₂混合后反應，達到平衡時測得平衡混合物的密度是同溫同壓下氫氣的5倍，則氮氣的轉化率是

 

．若在同一個容器中，在相同的溫度下，向容器中只充入NH₃，為使達到平衡時各成分的百分含量與上述平衡時相同，則起始時充入的NH₃的物質的量為

 

．
（2）碳酸氫銨與飽和食鹽水反應，能析出碳酸氫鈉晶體的原因是

 

（3）某探究活動小組根據上述制堿原理，欲制備碳酸氫鈉，同學們按各自設計的方案進行實驗．第一位同學：將二氧化碳氣體通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉，實驗裝置如圖所示（圖中夾持、固定用的儀器未畫出）．

請回答：
①寫出甲中發生反應的離子方程式

 

．
②乙裝置中的試劑是

 

．
③實驗結束后，分離出NaHCO₃晶體的操作是

 

（填分離操作的名稱）．
（4）第二位同學：用圖中戊裝置進行實驗（其它裝置未畫出）．為提高二氧化碳在此反應溶液中被吸收的程度，實驗時，須先從管

 

（填a或b）通入氣體．

Answer 1

考點：化學平衡的調控作用,鈉的重要化合物,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題,化學平衡專題

分析：（1）氨氣為生成物，分離出氨氣，生成物濃度減小，逆反應速率減小，導致正反應速率大于逆反應速率，平衡向著正向移動；設氮氣的轉化率為x，根據化學平衡的“三段式”結合題中數據列式計算出氮氣的轉化率；兩個反應為等效平衡，根據等效平衡知識計算出需要氨氣的物質的量；
（2）相同條件下，溶解度越小優先析出，依據氯化銨與碳酸氫鈉的溶解度相對較小進行分析；
（3）①裝置甲中碳酸鈣與鹽酸反應生成氯化鈣、二氧化碳和水，據此寫出反應的化學方程式；
②依據用鹽酸制取二氧化碳時常會含有氯化氫氣體分析即可解答；
③依據分離固體與液體采用的實驗操作分析解答；
（4）根據氨氣易溶于水，判斷通入氨氣的導管不能插入溶液中，再根據二氧化碳的溶解度較小，為了提高二氧化碳的利用率，應該先通入氨氣進行解答．

解答： 解：（1）A．正反應速率增大：由于減小了生成物，正反應速率瞬間不變，之后正反應速率逐漸減小，逆反應速率逐漸增大，直至達到新的平衡，所以正反應速率不會增大，故A錯誤；                  
B．平衡向逆反應方向移動：減小了反應物濃度，平衡向著正向移動，故B錯誤；
C．正反應速率大于逆反應速率：由于減小了生成物，逆反應速率減小，正反應速率不變，則正反應速率大于逆反應速率，平衡向著正向移動，故C正確；         
D．逆反應速率先變小后變大：減小了生成物，逆反應速率迅速減小，正反應速率不變，所以平衡向著正向移動，隨著反應的進行，正反應速率逐漸減小，逆反應速率逐漸增大，所以逆反應速率先減小后增大，故D正確；
達到平衡時測得平衡混合物的密度是同溫同壓下氫氣的5倍，混合氣體的平均摩爾質量為：2g/mol×5=10g/mol，
合成氨的反應方程式為：N₂ +3H₂ ?2NH₃，
反應前物質的量（mol）：1   3     2
反應過程中：（mol）   x   3x    2x
平衡時（mol）       1-x  3-3x    2x
達到平衡時混合氣體的平均摩爾質量為：

(1-x)×28+(3-3x)×2+17×2x

(1-x)+(3-3x)+2x

g/mol=10g/mol，解得：x=30%；
若在同一個容器中，在相同的溫度下，向容器中只充入NH₃，達到平衡時各成分的百分含量與上述平衡時相同，則兩個反應為等效平衡，1mol氮氣、2mol氫氣按照化學計量數轉化成生成物為2mol氨氣，所以起始時充入的NH₃的物質的量為2mol，
故答案為：CD；30%；2mol；
（2）碳酸氫鈉的溶解度相對于氯化銨來說碳酸氫鈉的溶解度更小一些，所以在溶液中首先結晶析出，
故答案為：碳酸氫鈉的溶解度相對較小，所以在溶液中首先結晶析出；
（3）①裝置甲發生的反應方程式為：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑，
故答案為：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑；
②利用鹽酸制取二氧化碳時，因鹽酸易揮發，所以二氧化碳中常會含有氯化氫氣體，碳酸氫鈉能與鹽酸反應不與二氧化碳反應，所以通過碳酸氫鈉的溶液是可以除掉二氧化碳氣體中的氯化氫氣體，
故答案為：飽和碳酸氫鈉溶液；
③分離出NaHCO₃晶體的操作是分離固體與液體，常采用的實驗操作是過濾操作，
故答案為：過濾；
（4）制取碳酸氫鈉時先要得到含氨的飽和食鹽水，氨氣極易溶于水，通入氨氣的導管不能直接插入溶液中，所以導管a通入氨氣，導管b通入二氧化碳；由于二氧化碳在水中溶解度減小，為了保證了從b通入二氧化碳時二氧化碳被充分反應，應該先通入氨氣，再通入二氧化碳，
故答案為：a；NH₃（氨）．

點評：本題考查了化學平衡的影響及計算、化學實驗方案的設計等知識，題目難度較大，試題題量較大，涉及的知識點較多，充分考查學生對所學知識的掌握情況，注意掌握化學平衡的影響因素，（1）為本題的難點，注意根據混合氣體的平均摩爾質量計算氮氣轉化率的方法．