Question

運用化學反應原理研究NH₃的性質具有重要意義．請回答下列問題：
（1）氨氣構成燃料電池．其電池反應原理為4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O．則電解質溶液應該顯

 

（填“酸性”“中性”或“堿性”）．正極的電極反應式為

 

．
（2）25℃時．將amol?L^-1的氨水與0.1mol?L^-1的鹽酸等體積混合．
    ①當溶液中離子濃度關系滿足c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）時．則反應的情況可能為

 

．
     a．鹽酸不足．氨水剩余    b．氨水與鹽酸恰好完全反應    c．鹽酸過量
    ②當溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）時．用含含a的代數(shù)式表示NH₃?H₂O的電離常數(shù)K_b=

 

．
（3）在0.5L恒容密閉容器中，一定量的氮氣和氫氣進行反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=bkJ?mol^-1其化學平衡常數(shù)K與溫度的關系如表：

溫度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

①寫出該反應的化學平衡常數(shù)的表達式：

 

，b

 

（填“大于”“小于”或“等于”）0．
②400℃時，測得某時刻氨氣、氮氣、氫氣的物質的量分別為3mol、2mol、1mol時，此時刻該反應的v_正（N₂）

 

（填“大于”“小于”或“等于”）v_逆（N₂）．
（4）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ?mol^-1
          ②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1
寫出氨高溫催化氧化的熱化學方程式：

 

．

Answer 1

考點：化學電源新型電池,熱化學方程式,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素,弱電解質在水溶液中的電離平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）氨氣為堿性氣體，易與酸反應，應用堿性電解質，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應；
（2））①溶液中離子濃度關系滿足c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）時，由電荷守恒可知c（H⁺）＜c（OH^-），溶液呈堿性性，結合選項根據(jù)反應物量的關系判斷溶液酸堿性；
②根據(jù)電荷守恒判斷溶液中氫離子與氫氧根離子濃度的相對大小，進而判斷溶液的酸堿性；
溶液中存在平衡NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，根據(jù)溶液的pH值計算溶液中c（OH^-），根據(jù)氯離子濃度計算c（NH₄⁺），利用物料守恒計算溶液中c（NH₃．H₂O），代入NH₃?H₂O的電離常數(shù)表達式計算；
（3）①K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

；升高溫度，化學平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應方向移動；
②根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)相對大小判斷平衡移動方向，從而確定正逆反應速率相對大��；
（4）根據(jù)蓋斯定律書寫．

解答： 解：（1）氨氣為堿性氣體，易與酸反應，所以電解質溶液應呈堿性，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
故答案為：堿性；O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-；
（2）①溶液中離子濃度關系滿足c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）時，由電荷守恒可知c（H⁺）＜c（OH^-），溶液呈堿性，
a．鹽酸不足，氨水剩余，為氯化銨與氨水的混合溶液，一水合氨的電離程度大于銨根離子水解程度，所以混合溶液呈堿性，故正確；
b．氨水與鹽酸恰好完全反應，為氯化銨溶液，銨根離子水解，溶液呈酸性，故b錯誤；
c．鹽酸過量，溶液為氯化銨、鹽酸的混合溶液，溶液呈酸性，故c錯誤；
故選：a；
②溶液中存在電荷守恒，c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），由于c（NH₄⁺）=c（Cl^-），故c（H⁺）=c（OH^-），溶液呈中性，故溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=

1

2

×0.1mol?L^-1=0.05mol?L^-1，故混合后溶液中c（NH₃．H₂O）=

1

2

×amol?L^-1-0.05mol?L^-1=（0.5a-0.05）mol/L，NH₃?H₂O的電離常數(shù)K_b=

10-7×0.05

0.5a-0.05

=

10-8

a-0.1

，
故答案為：

10-8

a-0.1

；
（3）①K=

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

；升高溫度，化學平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應方向移動，則該反應的正反應方向是放熱反應，則焓變小于0，
故答案為：

c2(NH3)

c(N2)．c3(H2)

；小于；
②濃度商=

( 3 0.5 )2

( 2 0.5 )．( 1 0.5 )3

=

36

4×8

=

9

8

＞0.5，則平衡向逆反應方向移動，所以v_正（N₂）小于v_逆（N₂），故答案為：小于；
（4）①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ?mol^-1
      ②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1
將方程式①+②×2得4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=（-1266.8kJ?mol^-1）+2（+180.5kJ?mol^-1）=-905.8 kJ?mol^-1，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8 kJ?mol^-1．

點評：本題考查了原電池原理、蓋斯定律、化學平衡等知識點，根據(jù)燃料電池正負極得失電子、蓋斯定律、溫度對化學平衡的影響等知識點來分析解答即可，難點是計算一水合氨的電離平衡常數(shù)，根據(jù)公式分析解答，難度中等．