Question

运用化学反应原理分析解答以下问题。

(1)已知：

①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)   △H₁=-91 kJ·mol^-1

②2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)    △H₂=-24 kJ·mol^-1

③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)    △H₃=-41 kJ·mol^-1

且三个反应的平衡常数依次为K₁、K₂、K₃

则反应3CO(g)+3H₂(g)CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)  △H=_____________，化学平衡常数K=_________（用含K₁、K₂、K₃的代数式表示）。

(2)一定条件下，若将体积比为1:2的CO和H₂气体通入体积一定的密闭容器中发生反应：3CO(g)+3H₂(g)CH₃OCH₃(g)+CO₂(g) ，下列能说明反应达到平衡状态的是_________。

a.体系压强保持不变       b.混合气体密度保持不变

c.CO和H₂的物质的量保持不变   d.CO的消耗速率等于CO₂的生成速率

(3)氨气溶于水得到氨水。在25°C下，将x mol·L^-1的氨水与y mol·L^-1的盐酸等体积混合，反应后溶液中显中性，则c（NH₄⁺）______c（Cl^-）（填“＞”、“＜”或“=”）；用含x和y的代数式表示出氨水的电离平衡常数______。

(4)科学家发明了使NH₃直接用于燃料电池的方法，其装置用铂黑作电极、加入电解质溶液中，一个电极通入空气，另一电极通入NH₃。其电池反应式为：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O，电解质溶液应显______（填“酸性”、“中性”或“碱性”），写出正极的电极反应方程式______。

Answer

-247 kJ·mol-1 K12·K2·K3 a c = K=10-7y/(x-y)mol·L-1 碱性 O2+2H2O+4e－＝4OH－

【解析】（1）根据盖斯定律，将方程式①×2+②+③可得所求反应方程式，则△H=-91kJ/mol×2-24kJ/mol-41kJ/mol=-247kJ/mol；平衡常数K= K12·K2·K3；a、容器体积固定，3CO(g) +3H2(g) CH3OCH3(g) +CO2(g)是反应前后气体压强发生改变的可逆反应，所以体系压强保持不变时达平衡状态，正确；b、容器体积固定，根据质量守恒定律，得气体的密度始终不变，所以不能作为平衡状态到达的标志，错误；c、反应开始时，CO和H2的物质的量一直减少，当CO和H2的物质的量保持不变，不再减少时证明已达平衡状态，正确；d、CO的消耗速率任何状态都不等于CO2的生成速率，错误，答案选ac；（3）根据电荷守恒定律，盐酸与氨水混合后的溶液显中性，则c(H＋)=c（OH－），c(Cl-)+ c（OH－）=c(NH4+)+c(H＋)，所以c(Cl-)=c(NH4+)；在25℃下，中性溶液中c(H＋)= c（OH－）=1×10-7mol/L，若盐酸与氨水的浓度相等，则等体积混合后生成氯化铵溶液显酸性，而实际溶液显中性，说明氨水的浓度大于盐酸的浓度，氨水过量，设二者的体积均为1L，与盐酸反应完剩余氨水的物质的量（x-y）mol，一水合氨的浓度为（x-y）/2mol/L，c(NH4+)=c(Cl-)=y/2mol/L，则氨水的电离平衡常数K= c（OH－）c(NH4+)/ c(NH3·H2O)= 1×10-7mol/L×y/2mol/L/（x-y）/2mol/L=10-7y/(x-y)mol·L-1；（4）根据电池反应式为：4NH3+3O2 =2N2+6H2O，判断氨气发生氧化反应，氧气发生还原反应，氨气失电子成为氮气和氢离子，所以电解质溶液应显碱性，产物中才能生成水；因为电解质溶液为碱性，所以正极是氧气的还原反应，氧气得电子与水结合生成氢氧根离子，电极反应式为O2+2H2O+4e－＝4OH－。

点睛：本题考查盖斯定律的应用 ，化学平衡状态的判断，化学平衡常数的计算，原电池反应原理的应用。