Question

【题目】碳、氮元素及其化合物与人类的生产生活密切相关，试回答下列有关问题：

（1）NH3极易溶于水，其水溶液俗称氨水。用水稀释0.1molL-1的氨水，溶液中随着水量的增加而减小的是___________（填序号）。

A．B． C．c(H+)c(OH-) D．

（2）NO2可用氨水吸收生成NH4NO3。25℃时，将amolNH4NO3溶于水，溶液显酸性，原因是______________（用离子方程式表示）。向该溶液中滴加bL氨水后溶液呈中性，则滴加氨水的过程中水的电离平衡将________（填“正向”“不”或“逆向”）移动，所滴加氨水的浓度为________mol/L-1。（NH3·H2O的电离平衡常数为Kb=2×10-5）

（3）以甲烷为燃料的新型电池的成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池，下图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。

①B电极的反应式为_______________________。

②若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解100 mL 1 mol·L－1的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗甲烷的体积为_________(标准状况)。

Answer 1

【答案】BD NH4++H2O NH3·H2O+H+ 逆向 a/200b CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O 1.12 L

【解析】

（1）氨水中存在NH3H2ONH4++OH-，加水稀释，促进一水合氨的电离，平衡向正方向移动，据此解答；

（2）根据影响平衡的因素分析改变条件对NH4+水解平衡NH4++H2O NH3·H2O+H+的影响；

（3）①根据燃料电池工作原理书写B电极的反应式；

②根据用惰性电极电解硫酸铜溶液的电极反应，结合电子守恒计算消耗甲烷的体积。

（1）氨水中存在NH3H2ONH4++OH-，加水稀释，促进一水合氨的电离，平衡向正方向移动，则n（NH4+）、n（OH-）增大，但c（NH4+）、c（OH-）减小，则c（H+）增大；一定温度下，弱电解质的电离平衡常数不变，水的离子积常数不变；由于Kw不变，c（OH-）减小，c（H+）增大，故减小，由于Kb=不变，c（NH4+）减小，则减小，

故答案为：BD；

（2）NH4NO3溶液中由于NH4+水解，溶液显酸性，水解反应的离子方程式为NH4++H2O NH3·H2O+H+；滴加氨水后溶液由酸性变为中性，水的电离平衡向逆反应方向移动。

Kb＝，而c(OH－)＝10－7 mol·L－1，则c(NH4+)＝200c(NH3·H2O)，故n(NH4+)＝200n(NH3·H2O)，根据电荷守恒，n(NH4+)＝n(NO3-)＝a，滴加氨水的浓度为mol÷b L＝ mol·L－1，

故答案为：NH4++H2O NH3·H2O+H+ ；逆向；a/200b ；

（3）①B电极失去电子被氧化，做负极，该条件下的电极反应式为：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，

故答案为：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O；
②阴极上先是铜离子得电子，Cu2++2e-=Cu，100mL1mol/L的铜离子得电子物质的量是0.2mol然后是2H++2e-=H2↑；在阳极上是氢氧根离子失电子产生氧气，4OH--4e-=O2↑+2H2O，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体时，假设产生氧气的物质的量是x，则阴极产生的氢气的物质的量也是x，根据电子守恒，得到4x=0.2+2x，解得x=0.1mol，即阳极上收集到氧气的物质的量为0.1mol，则电路中通过的电子的物质的量为40.1mol=0.4mol，

根据燃料电池电极反应式CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，
消耗甲烷的体积为0.4mol22.4L/mol=1.12L，

故答案为：1.12 L。