20.(10分)(2010·江西省五校联考)氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。请回答下列问题:
(1)如图是N2和H2反应生成2 mol NH3过程中的能量变化示意图,请计算每生成1 mol NH3放出的热量为________。
(2)工业合成氨气需要的反应条件非常高且产量低,而一些科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)实现氨的电化学合成,从而大大提高了氮气和氢气的转化率。电化学合成氨过程的总反应式为:N2+3H2通电(一定条件2NH3,则在电化学合成氨的过程中,阴极反应式为__________________________。
(3)在固定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g);ΔH<0,其化学平衡常数K与t的关系如下表:(已知K=,c(N2)、c(H2)、c(NH3)均为平衡浓度)
t/K |
298 |
398 |
498 |
…… |
K/(mol·L-1)-2 |
4.1×106 |
K1 |
K2 |
…… |
请完成下列问题:
①试确定K1的相对大小,K1________4.1×106(填写“>”、“=”或“<”)。
②下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据的是________(填序号字母)。
A.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2
B.2v(N2)(正)=v(H2)(逆)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
(4)①NH4Cl溶液呈酸性,这是NH水解的缘故。则NH4Cl溶于重水(D2O)生成的一水合氨和水合氢离子的化学式分别是____________________。
②室温下,某氨水的pH=x,某盐酸的pH=y,x+y=14且x>11,将上述氨水和盐酸等体积混合后,所得溶液中各种离子的浓度由大到小的顺序为________。
A.c(Cl-)>c(NH)>c(H+)>c(OH-)
B.c(NH)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
C.c(Cl-)>c(NH)>c(OH-)>c(H+)
D.c(NH)>c(Cl-)>c(H+)>c(OH-)
解析:(1)生成1 mol NH3放出的热量==46.1 kJ。
(2)N2获得电子生成NH3:N2+6H++6e-===2NH3。
(3)①升高温度平衡向逆反应方向移动,K值减小,故K1<4.1×106。
(4)①D2O自身发生电离生成的水合氢离子为D3O+。根据水解规律,NH与D2O电离出的OD-结合生成NH3·HDO。
②反应后溶液呈碱性,溶质为NH3·H2O、NH4Cl的混合物,故离子浓度大小顺序为:c(NH)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)。
答案:(1)46.1 kJ
(2)N2+6H++6e-===2NH3
(3)①< ②C
(4)①NH3·HDO和D3O+ ②B