Question

【題目】氯胺是由氯氣遇到氨氣反應生成的一類化合物，是常用的飲用水二級消毒劑，主要包括一氯胺、二氯胺和三氯胺(NH2Cl、NHCl2和NCl3)。

(1)氯胺作飲用水消毒劑是因為水解生成具有強烈殺菌作用的物質，該物質的結構式為________，二氯胺與水反應的化學方程式為_____________。將0.01 mol NCl3通入100 mL 0.5 mol/L Na2SO3溶液中，轉移電子的物質的量為_______mol。

(2)已知部分化學鍵的鍵能和化學反應的能量變化如下表和下圖所示。

則反應過程中的△H2=____kJ·mol-1，表中的x=_____。

(3)在密閉容器中反應NH3(g)+Cl2(g)NH2Cl(g)+HCl(g)達到平衡，通過熱力學定律計算，不同溫度下理論上NH2Cl的體積分數隨的變化如下圖所示。

①a、b、c三點對應平衡常數的大小關系是(分別用Ka、Kb、Kc表示)_________。b點時，該反應的平衡常數為________；

②T2℃，Q點對應的速率：__________(填“>”、“<”或“=”)；

③在氨氯比一定時，提高NH3的轉化率的方法是__________(任寫1種)；

④若產物都是氣體，實驗測得NH2C1的體積分數始終比理論值低，原因可能是______________。

Answer 1

【答案】H-O-C1 NHCl2+2H2O=NH3+2HC1O 0.06 -1405.6 191.2 Ka=Kb>Kc < 升溫或及時分離出產物NH2Cl 有副反應，還可能生成NHCl2、NC13、N2等

【解析】

(1)氯胺與H2O反應產生NH3和HClO；二氯胺與水反應產生NH3和兩分子的HClO；NCl3與H2O反應產生NH3和HClO，HClO將Na2SO3氧化為Na2SO4，HClO被還原為HCl，HCl與NH3結合形成NH4Cl，根據反應前后元素化合價的變化分析電子轉移情況；

(2)根據反應熱與反應物、生成物的活化能大小分析，根據△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能分析；

(3)①平衡常數只與溫度有關，溫度不變，平衡常數不變，當n(NH3)：n(Cl2)=0.4時結合NH2Cl的體積分數為20%，通過物質平衡轉化關系計算出各物質平衡量，代入平衡常數公式計算；

②在T2溫度下，過Q點作垂線，此時Q點對應NH2Cl的體積分數偏高，聯系平衡移動即可得出正反應速率與逆反應速率的大�。�

③提高NH3的轉化率，則平衡應該正向移動，聯系平衡移動的相關知識解答；

④NH2Cl的體積分數始終比理論值低，可能的原因很多，可從副反應或者有其他雜質產生方面考慮回答即可。

(1)氯胺與H2O反應產生NH3和HClO，反應產生的HClO具有強的氧化性，其結構式為H-O-Cl；二氯胺與水反應產生NH3和兩分子的HClO，反應方程式為：NHCl2+2H2O=NH3+2HC1O；NCl3與H2O反應產生NH3和HClO，HClO將Na2SO3氧化為Na2SO4，HClO被還原為HCl，HCl與NH3結合形成NH4Cl，1 mol NCl3反應產生3 mol HClO，氧化Na2SO3產生Na2SO4時轉移6 mol電子，則0.01 mol NCl3發生反應轉移0.06 mol電子；

(2)由于從能量數值看△H1=△H+△H2，所以△H2=△H1-△H=1416.9 kJ/mol-11.3 kJ/mol=1405.6 kJ/mol，物質由能量高的狀態轉化為能量低的狀態，反應放出熱量，則反應過程中的△H2=-1405.6 kJ/mol；由△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能，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兩點溫度相同，則Ka=Kb，由于該反應的正反應為吸熱反應，當為定值時，T2下NH2Cl的體積分數更小，說明T2下平衡逆向移動，則Kc變小，所以a、b、c三點化學平衡常數的關系是：Ka=Kb>Kc；當=0.4時，假設容器體積為V L，起始量n(NH3)=0.4 mol，n(Cl2)=1 mol，NH3變化量為x mol，則平衡時n(NH3)=(0.4-x) mol，n(Cl2)=(1-x) mol，n(NH2Cl)=n(HCl)=x mol，同溫同壓下氣體的體積比等于氣體的物質的量的比，則：×100%=20%，解得x=0.28 mol，則該反應的平衡常數Kb=；

②在T2溫度下，Q點NH2Cl的體積分數偏高，平衡將向著使NH2Cl的體積分數下降的方向移動，所以Q點平衡逆移，v正<v逆；

③在氨氯比一定時，由(2)知△H>0，升高溫度，或及時分離出產物NHCl2，都會使平衡正向移動，NH3的轉化率升高；

④NH2Cl的體積分數始終比理論值低，可能是：有副反應，還可能生成NHCl2、NCl3、N2。