Question

7．氨氣是重要的化工原料
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
寫出氨氣在高溫高壓催化劑條件下生成氮氣和氫氣的熱化學方程式：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+92.4 kJ•mol^-1；如果在1L密閉容器中，3mol NH₃ 在等溫條件下充分反應，2min后達到平衡，平衡時的反應熱為92.4kJ，則在這段時間內(nèi)v（H₂）=1.5mol/（L．min）；保持溫度不變，將起始NH₃的物質(zhì)的量調(diào)整為8mol，平衡時NH₃的轉(zhuǎn)化率為50%．
（2）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水，試寫出該反應的化學方程式：4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O，
科學家利用此原理，設計成氨氣一氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極是負極（填“正極”或“負極”）；堿性條件下，該電極發(fā)生反應的電極反應式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．
（3）一定條件下，某密閉容器中發(fā)生反應：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）．在一定體積的密閉容器中，為使該反應的反應速率增大，且平衡向正反應方向移動，下列措施中可采用的是c（填字母代號）．
a．增大壓強    b．適當升高溫度    c．增大O₂的濃度    d．選擇高效催化劑
（4）如果某氨水的電離程度為1%，濃度為0.01mol/LMgCl₂溶液滴加氨水至開始產(chǎn)生沉淀時（不考慮溶液體積變化），溶液中的NH₃•H₂O的濃度為0.002 mol/{已知Ksp[Mg（OH）₂]=4.0×10^-12]}．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（②-①×2-③×3）÷2可得：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g），△H=+92.4 kJ•mol^-1；
如果在1L密閉容器中，3mol NH₃ 在等溫條件下充分反應，平衡時的反應熱為92.4kJ，說明反應的氨氣為2mol，則：
            2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）：3       0       0
變化量（mol）：2       1       3
平衡量（mol）：1       1       3
根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂）；
保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，根據(jù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$計算平衡常數(shù)，將起始NH₃的物質(zhì)的量調(diào)整為8mol，設轉(zhuǎn)化的氨氣物質(zhì)的量為xmol，表示出平衡時各組分物質(zhì)的量，再結合平衡常數(shù)列方程計算解答；
（2）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水，應生成氮氣與水；
氨氣--氧氣燃料電池，燃料在負極發(fā)生氧化反應，則通入氨氣的電極是負極，堿性條件下，生成氮氣與水；
（3）a．增大壓強，反應速率增大，平衡向氣體體積減小的方向移動；
b．適當升高溫度，反應速率增大，平衡向吸熱反應移動；
c．增大反應物氧氣的濃度，平衡正向進行，反應速率增大；
d．選擇高效催化劑只能改變化學反應速率，但不影響化學平衡；
（4）溶液中c（Mg²⁺）=0.01mol/L，根據(jù)溶度積常數(shù)Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=4.0×10^-12 ，計算c（OH^-），氨水的濃度=$\frac{c（O{H}^{-}）}{氨水電離度}$．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律，（②-①×2-③×3）÷2可得：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g），△H=+92.4 kJ•mol^-1；
如果在1L密閉容器中，3mol NH₃ 在等溫條件下充分反應，平衡時的反應熱為92.4kJ，說明反應的氨氣為2mol，則：
            2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）：3       0        0
變化量（mol）：2       1        3
平衡量（mol）：1       1        3
v（H₂）=$\frac{\frac{3mol}{1L}}{2min}$=1.5mol/（L．min）；
平衡常數(shù)K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{1×{3}^{3}}{{1}^{2}}$=27，保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，將起始NH₃的物質(zhì)的量調(diào)整為8mol，設轉(zhuǎn)化的氨氣物質(zhì)的量為xmol，則：
            2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）：8        0      0
變化量（mol）：x        0.5x   1.5x
平衡量（mol）：8-x      0.5x    1.5x
則$\frac{0.5x×（1.5x）^{3}}{（8-x）^{2}}$=27，解得x=4 平衡時氨氣的轉(zhuǎn)化率=$\frac{4mol}{8mol}$×100%=50%
故答案為：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+92.4 kJ•mol^-1；1.5mol/（L．min）；50%；
（2）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水，應生成氮氣與水，反應的化學方程式：4NH₃+3O₂ $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O；
氨氣--氧氣燃料電池，燃料在負極發(fā)生氧化反應，則通入氨氣的電極是負極，堿性條件下生成氮氣與水，該電極發(fā)生反應的電極反應式為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O，負極；2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
（3）a．反應是氣體體積增大的反應，增大壓強，反應速率增大，平衡逆向進行，故a不符合；
b．反應是放熱反應，適當升高溫度，反應速率增大，平衡逆向進行，故b不符合；
c．增大O₂的濃度，平衡正向進行，反應速率增大，故c符合；
d．選擇高效催化劑只能改變化學反應速率，但不改變化學平衡，故d不符合；
故答案為：c；
（4）如果某氨水的電離程度為1%，濃度為0.01mol/LMgCl₂溶液滴加氨水至開始產(chǎn)生沉淀時（不考慮溶液體積變化），{已知Ksp[Mg（OH）₂]=4.0×10^-12]}，則依據(jù)
溶度積常數(shù)Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=4.0×10^-12 ，溶液中c（Mg²⁺）=0.01mol/L，則c（OH^-）=2×10^-5mol/L，氨水的濃度=$\frac{2×1{0}^{-5}mol/L}{1%}$=0.002mol/L，
故答案為：0.002 mol/L．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、熱化學方程式書寫、原電池、溶度積有關計算等，是對學生綜合能力的考查，注意對基礎知識的理解掌握與靈活應用，難度中等．