Question

(16分)运用化学反应原理研究NH₃的性质具有重要意义。请回答下列问题：

    （1）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

    写出氨高温催化氧化的热化学方程式                    。

    （2）氨气、空气可以构成燃料电池，其电池反应原理为4NH₃+3O₂===2N₂+6H₂O。则原电解质溶液显    (填“酸性”、“中性”或“碱性”)，负极的电极反应式为           。

    （3）合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，其研究来自正确的理论指导，合成氨反应的平衡常数K值和温度的关系如下：

①由上表数据可知该反应为放热反应，理由是           ；

②理论上，为了增大平衡时H₂的转化率，可采取的措施是    (填字母序号)；

    a．增大压强    b．使用合适的催化剂

    c．升高温度    d．及时分离出产物中的NH₃

③400^oC时，测得某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量浓度分别为3mol·L^-1、2mol·L^-1、1mol·L^-1时，此时刻该反应的v_正(N₂)    v_逆(N₂)(填“>”、“<”或“=”)。

    （4）①25^oC时，将amol·L^-1的氨水与0.1mol·L^-1的盐酸等体积混合。当溶液中c(NH₄⁺)=c(Cl^-)时，用含a的代数式表示NH₃·H₂O的电离常数K_b=       ；

    ②向25mL0.10mol·L^-1的盐酸中滴加氨水至过量，该过程中离子浓度大小关系一定不正确的是         (填字母序号)。

    a．c(Cl^-)>c(H⁺)>c(NH₄⁺)>c(OH^-)    b．c(C1^-)>c(NH₄⁺)=c(H⁺)>c(OH^-)

    c．c(NH₄⁺)>c(OH^-)>c(Cl^-)>c(H⁺)    d．c(OH^-)>c(NH₄⁺)>c(H⁺)>c(Cl^-)

Answer

（1）4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(g) H=-905.8kJ·mol-1。

（2）碱性，2NH3+6OH－—6e－===N2+6H2O。

（3）①随着温度的升高，平衡常数减小；②ad ；③＜。

（4）①10−8/a-0.1；②d。

【解析】

试题分析：（1）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，根据盖斯定律：①+②×2得氨高温催化氧化的热化学方程式为4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(g) H=-905.8kJ·mol-1。 （2）氨气、空气可以构成燃料电池，其电池反应原理为4NH3+3O2===2N2+6H2O。为减少氨气的溶解损失，则原电解质溶液显碱性，负极的电极反应式为2NH3+6OH－—6e－===N2+6H2O。（3）①由上表数据可知该反应为放热反应，理由是随着温度的升高，平衡常数减小；②合成氨的反应正向为气体体积减小的放热反应，为了增大平衡时H2的转化率，需使平衡正向移动，a．增大压强，平衡正向移动，正确；b．使用合适的催化剂，平衡不移动，错误； c．升高温度，平衡逆向移动，错误；d．及时分离出产物中的NH3，平衡正向移动，正确，选ad ；③利用Q与K的关系判断。400oC时，测得某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量浓度分别为3mol·L-1、2mol·L-1、1mol·L-1时，此时刻Q=4.5，K=0.5，Q＞K，反应逆向进行，v正(N2)＜v逆(N2)。 （4）①根据电荷守恒有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）=1/2amol•L-1-0.05mol•L-1=（0.5a-0.05）mol/L，NH3•H2O的电离常数Kb=10−7×0.05/0.5a-0.05=10−8/a-0.1；②盐酸与氨水反应可能出现三种情况：Ⅰ、盐酸过量，体系为NH4Cl和HCl溶液：a盐酸过量的较多（即开始向酸液中滴加氨水）时，c（Cl-）＞c（H+）＞c（NH4+）＞c（OH-）；b盐酸稍稍过量时：c（Cl-）＞c（NH4+）＞c（H+）＞c（OH-）；Ⅱ、两者恰好完反应，体系为NH4Cl溶液：c（Cl-）＞c（NH4+）＞c（H+）＞c（OH-）；Ⅲ、氨水过量：体系为NH4Cl溶液和NH3．H2O：a氨水稍过量时，溶液呈中性：c （Cl-）=c（NH4+）＞c（H+）=c（OH-）；b氨水稍稍过量时，溶液呈中性以前：c（NH4+）＞c（Cl-）＞c（H+）＞c（OH-）；c氨水过量较多时，溶液呈碱性：c（NH4+）＞c（Cl-）＞c（OH-）＞c（H+）或c(NH4+)>c(OH-)>c(Cl-)>c(H+)，综上所述，不可能出现c(OH-)>c(NH4+)>c(H+)>c(Cl-)，选d。

考点：考查盖斯定律、焓变的计算，燃料电池，化学反应速率和化学平衡，电离常数计算及离子浓度大小比较。