Question

氨气是中学化学中常见的气体，其用途广泛。

（1）工业上氨气可以由氢气和氮气合成。

①该反应的热化学方程式是___。

②450℃，将5molN₂和5molH₂充入2L恒容密闭容器中发生反应，5min后达到平衡，N₂的转化率为20%，则NH₃的化学反应速率v(NH₃)=___，该温度下如图所示反应的平衡常数的数值K=___，温度升高，平衡常数K将___（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（2）工业制硫酸的尾气中含较多的SO₂，为防止污染空气，回收利用SO₂，工业上常用氨水吸收法处理尾气。

①当氨水中所含氨的物质的量为3mol，吸收标准状况下44.8LSO₂时，溶液中的溶质为___。

②已知NH₄HSO₃溶液显酸性。用氨水吸收SO₂，当吸收液显中性时，溶液中离子浓度关系正确的是___。

A.c(NH₄⁺)=2c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)

B.c(NH₄⁺)>c(SO₃^2-)>c(H⁺)=c(OH^-)

C.c(NH₄⁺)+c(H⁺)=c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)+c(OH^-)

D.c(NH₄⁺)+c(NH₃·H₂O)=c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)+c(H₂SO₃)

（3）氨气是一种富氢燃料，可以直接用于燃料电池，如图是供氨水式燃料电池工作原理：

①氨气燃料电池的电解质溶液最好选择___（填“酸性”、“碱性”或“中性”）溶液。

②氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水，该电池的总反应方程式为___，正极的电极反应式为___。

Answer

N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-93.36kJ/mol 0.2mol·L-1·min-1 0.5 减小 (NH4)2SO3和NH4HSO3 AB 碱性 4NH3+3O2=2N2+6H2O O2+4e-+2H2O=4OH-（或3O2+12e-+6H2O=12OH-）

【解析】

(1)①先根据△H=反应物键能和-生成物键能和求出△H，再书写热化学方程式；②结合化学平衡三段式列式计算；

(2)①氨的物质的量为3mol，标准状况下44.8L SO2的物质的量为2mol，根据吸收后溶液中N原子和S原子的关系结合(NH4)2SO3和NH4HSO3的化学式分析判断；②利用电荷守恒、物料守恒和溶液的酸碱性分析判断；

(3)①氨气是碱性气体；②生成的无毒气体时N2，据此书写总反应；氧气在正极发生还原反应，结合碱性环境书写正极反应式。

(1)①△H=反应物键能之和-生成物键能之和=945kJ/mol+3×436kJ/mol-6×391.06kJ/mol =-93.36 kJ/mol，所以，其热化学方程式为：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) △H=-93.36 kJ/mol，故答案为：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-93.36 kJ/mol；

②450℃，2L密闭容器中，5mol N2和5mol H2发生反应，达到平衡时，N2的转化率为20%.

NH3的化学反应速率v(NH3)== 0.2mol·L-1·min-1，平衡常数K==0.5，该温度下反应的平衡常数的数值是0.5；该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数K将减小，故答案为：0.2mol·L-1·min-1；0.5；减小；

(2)①氨的物质的量为3mol，吸收标准状况下44.8L(2mol) SO2时，溶液中含有N原子3mol，S原子2mol，根据原子守恒，在(NH4)2SO3中，其原子个数比为2∶1，在NH4HSO3中，其原子个数比为1∶1，所以，生成物有(NH4)2SO3和NH4HSO3，故答案为：(NH4)2SO3和NH4HSO3；

②NH4HSO3溶液显酸性，用氨水吸收SO2，当吸收液显中性时，c(H+)=c(OH-)，根据电荷守恒：c(NH4+)+c(H+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)，则c(NH4+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)，故A正确，C错误；存在c(NH4+)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)，故B正确，NH4HSO3溶液显酸性，现在溶液显中性，说明是NH4HSO3和氨水的混合溶液，根据物料守恒，c(NH4+)+c(NH3·H2O)＞c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)，故D错误；故答案为：AB；

(3)①氨气是碱性气体，所以电解液最好选择碱性溶液，故答案为：碱性；

②生成的无毒气体是N2，化学方程式为：4NH3+3O2=2N2+6H2O，氧气在正极发生还原反应，正极的电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，故答案为：4NH3+3O2=2N2+6H2O；O2+4e-+2H2O=4OH-。