Question

对氮及其化合物的研究具有重要意义。

（1）在1 L密闭容器中，4 mol氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气。2 min时反应吸收热量为46.1 kJ，此时氨气的转化率为25％。该反应的热化学方程式为_____________，这段时间内v(H₂)=_________。

（2）298K时．在2L固定体积的密闭容器中，发生可逆反应：2NO₂(g)N₂O₄(g) =-akJ·mol^-1(a>0)，N₂O₄的物质的量浓度随时间变化如图所示。达平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍。

①298K时，该反应的化学平衡常数为_________(精确到0.01)；

②下列情况不是处于平衡状态的是__________(填字母序号)；

a．混合气体的密度保持不变  

b．混合气体的颜色不再变化  

c．气压恒定时

③若反应在398K进行，某时刻测得n(NO₂)=0．6 mol，n(N₂O₄)=1．2 mol，则此时v_正____v_逆(填“>”、“<”或“=”)。

（3）用氨气可设计成如图所示燃料电池，产生的X气体可直接排放到大气中。则a电极电极反应式为________________。

（4）t℃下，某研究人员测定NH₃·H₂O的电离常数为1．8×10^-5。NH₄⁺的水解常数为1．5×10^-8，则该温度下水的离子积常数为___________，请判断t_____25℃(填“>”、“<”或“=”)。

Answer

（1）2NH3(g) N2(g)＋3H2(g) △H=＋92.2kJ·mol－1；0.75mol·L－1·min－1；（2）①6.67②a③<；（3）2NH3＋6OH－－6e－=N2＋6H2O；（3）2.7×10－13，>。

【解析】

试题分析：（1）写出反应方程式：2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)，氨气的转化率为25%，则消耗氨气的物质的量为4×25%mol=1mol，消耗1mol氨气吸收46。1kJ的热量，消耗2mol时吸收2×46.1kJ=92.2kJ，因此热反应方程式为：2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) △H=＋92.2kJ·mol－1；消耗1mol氨气的同时生成1.5molH2，v(H2)=1.5/(1×2)mol/(L·min)=0.75 mol/(L·min)，也可采用速率之比等于系数之比，v(NH3)=1/(1×2)mol/(L·min)=0.5 mol/(L·min),v(H2)=3×v(NH3)/2=0.75mol/(L·min)；（2）①达到平衡c(N2O4)=0.6mol·L－1，则c(NO2)=0.3mol·L－1，K=c(N2O4)/c2(NO2)=0.6/0.32=6.67；②a、ρ=m/v反应物和生成物都是气体，m不变，容器是恒容状态下，v不变，ρ不能作为达到平衡的标志，b、NO2红棕色气体、N2O4无色气体，颜色不再改变，能作为达到平衡的标志，c、反应前后气体系数之和不相等，压强可以作为达到平衡的标志，因此a选项是正确；③此时的浓度商Qc=c(N2O4)/c2(NO2)=6.67,此反应是放热反应升高温度化学平衡常数减小，Qc=K(298)>K(398),反应逆向移动，v正 < v逆；（3）根据原电池的工作原理，通入空气的一极为正极，则另一极为负极，NH3在负极上失电子，产生X气体可直接排放到大气中，说明X气体对环境无污染，即X：N2，从a极产生H2O，电解质溶液显碱性，2NH3＋6OH－－6e－=N2↑＋6H2O；（3）NH3·H2ONH4＋＋OH－，K1=c(OH－)×c(NH4＋)/c(NH3·H2O) =1．8×10-5，NH4＋的水解NH4＋＋H2ONH3·H2O＋H＋，K2=c(H＋)×c (NH3·H2O)/c(NH4＋)，水的离子积Kw=c(H＋)×c(OH－)=K1×K2=2.7×10－13，25℃时水的离子积是1×10-14<2.7×10-13,水的离子积随温度的升高而升高，即大于25℃。

考点：考查热化学反应方程式的书写、化学反应速率的计算、平衡常数的计算、电极反应式的书写、离子积的计算等相关知识。