题目内容
17.(1)液氨储氢是目前研究的重要课题,液氨的电离和水的电离相似,液氨中的氨也能发生电离::NH3+NH3?NH4++NH2-,其离子积常数为1.0×10-30.现将2.3克金属钠投入1.0L液氨中,待反应结束后,假设溶液体积不变,所得溶液中NH4+离子浓度为1.0×l0-29mol/L.
(2)用Pt电极对液氨进行电解可产生H2和N2,则阳极的电极反应式是8NH3-6e-=N2↑+6NH4+或6NH2--6e-=N2↑+4NH3.
(3)以H2为原料制取氨气进而合成CO(NH2)2的反应如下:
N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1
2NH3(g)+CO2(g)═NH2CO2NH4(s)△H=-159.47kJ•mol-1
NH2CO2NH4(s)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=+72.49kJ•mol-1
则N2(g)、H2(g)与CO2(g)反应生成CO(NH2)2(s)和H2O(l)的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-179.38kJ•mol-1.
(4)将一定量的N2和H2充入1L的密闭容器中,在500℃、2×107Pa下反应并达到平衡,测得N2为0.10mol,H2为0.30mol,NH3为0.10mol,则H2的平衡转化率为33.3%;在该温度下的平衡常数K=3.70.
(5)如图是某压强下,N2与H2按体积比1:3投料时,反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线.其中一条是经过一定时间反应后的曲线,另一条是平衡时的曲线.则图中b点,v(正)>v(逆).(填“>”、“=”或“<”)
分析 (1)氨和水类似,也能发生电离:NH3+NH3=NH4++NH2-,将2.3g金属钠投入1.0L液氨中会结合NH2-,促进液氨的电离,钠与液氨反应生成NaNH2,结合化学方程式计算;
(2)用Pt电极对液氨进行电解可产生H2和N2,阴极上氨气或铵根离子得电子生成氢气,而阳极是氨气中-3价的氮失电子生成氮气;
(3)N2(g)、H2(g)与CO2(g)反应生成CO(NH2)2(s)和H2O(l),所以反应的方程式为:N2(g)+3H2(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l),由盖斯定律分析解答;
(4)测得N2为0.10mol,H2为0.30mol,NH3为0.10mol,根据方程式知,参加反应的氢气物质的量=0.15mol,则H2的平衡转化率=$\frac{参加反应的氢气物质的量}{氢气初始物质的量}$×100%;平衡是c(N2)=0.10mol/L、c(H2)=0.30mol/L、c(NH3)=0.10mol/L,在该温度下的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}(N{H}_{3})}{c({N}_{2}).{c}^{3}({H}_{2})}$;
(5)根据图知,a是平衡曲线、b是经过一定时间反应后的曲线,该温度下要使该反应达到平衡状态,应该增大氨气含量,平衡正向移动.
解答 解:(1)将2.3g金属钠投入1.0L液氨中发生反应为:2Na+2NH3=2NaNH2+H2↑;促进液氨的电离,依据:NH3+NH3=NH4++NH2-,[NH4+][NH2-]=l.0×l0-30;反应生成NH2-物质的量为0.1mol,浓度为0.1mol/L,所得溶液中NH4+的浓度l.0×l0-29mol/L,
故答案为:1.0×l0-29mol/L;
(2)用Pt电极对液氨进行电解可产生H2和N2,阴极上氨气或铵根离子得电子生成氢气,电极反应式为2NH3+2e-=H2+2NH2- 或 2NH4++2e-=H2+2NH3,
阳极的电极反应式为:8NH3-6e-=N2↑+6NH4+或 6NH2--6e-=N2↑+4NH3,故答案为:8NH3-6e-=N2↑+6NH4+或 6NH2--6e-=N2↑+4NH3;
(3)N2(g)、H2(g)与CO2(g)反应生成CO(NH2)2(s)和H2O(l),所以反应的方程式为:N2(g)+3H2(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l),根据①N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1;
②2NH3(g)+CO2(g)═NH2CO2NH4(s)△H=-159.47kJ•mol-1;
③NH2CO2NH4(s)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=+72.49kJ•mol-1;
由盖斯定律可知:①+②+③得:N2(g)+3H2(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-179.38 kJ•mol-1,故答案为:N2(g)+3H2(g)+CO2(g)═CO(NH2)2(s)+H2O(l)△H=-179.38 kJ•mol-1;
(4)测得N2为0.10mol,H2为0.30mol,NH3为0.10mol,根据方程式知,参加反应的氢气物质的量=0.15mol,则H2的平衡转化率=$\frac{参加反应的氢气物质的量}{氢气初始物质的量}$×100%=$\frac{0.15mol}{0.3mol+0.15mol}$×100%=33.3%;平衡是c(N2)=0.10mol/L、c(H2)=0.30mol/L、c(NH3)=0.10mol/L,在该温度下的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}(N{H}_{3})}{c({N}_{2}).{c}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{0.1{0}^{2}}{0.10×0.3{0}^{3}}$=3.70,
故答案为:33.3%;3.70;
(5)根据图知,a是平衡曲线、b是经过一定时间反应后的曲线,该温度下要使该反应达到平衡状态,应该增大氨气含量,平衡正向移动,则正反应速率大于逆反应速率,故答案为:>.
点评 本题考查化学平衡有关计算及电解原理,为高频考点,侧重考查学生分析计算能力,明确化学平衡计算方法、电解原理是解本题关键,难点是(5)题,会根据物质浓度相对大小确定反应方向,题目难度中等.
| A. | 空气中的分子质量变大 | B. | 空气中的分子间隔变小 | ||
| C. | 空气中的分子种类改变 | D. | 空气中的分子数目变少 |
| A. | 煤的干馏和石油的分馏都属于化学变化 | |
| B. | 石油裂化获得的产品是混合物 | |
| C. | 石油主要含C、H、O三种元素 | |
| D. | 煤焦油经过分馏可得到苯、甲苯等,说明煤中含有苯和甲苯 |
| A. | x=1 | |
| B. | 将乙容器单独升温可使乙容器内各物质的体积分数与甲容器内的相同 | |
| C. | 若向甲容器中再充入2 mol A、2 mol B,则平衡时甲容器中:0.78 mol•L-1<c(A)<1.56 mol•L-1 | |
| D. | 若甲容器为等压可变容器,向甲中充入惰性气体,则c(A)减小,平衡正向移动,v(正)、v(逆)减 |
| A. | 1.5 mol NO2与足量的H2O反应,转移的电子数为NA | |
| B. | 常温常压下,0.5NA个CO2分子质量为22 g | |
| C. | 1 mol/L的CH3COOH中CH3COO-的浓度小于1 mol/L,而1 mol/L CH3COONa中CH3COO-等于1 mol/L | |
| D. | 18g 18O2中含有的中子数为10NA |
| A. | 凡是生成盐和水的反应都是中和反应 | |
| B. | 两种酸之间一定不能发生反应 | |
| C. | 生成一种单质和一种化合物的反应一定是置换反应 | |
| D. | 复分解反应一定没有单质参加 |
| A. | 将AlCl3溶液和Al2(SO4)3溶液分别加热、蒸干、灼烧,所得固体成分相同 | |
| B. | 配制FeSO4溶液时,将FeSO4固体溶于稀盐酸中,然后稀释至所需浓度 | |
| C. | 用分液的方法分离乙醇和水的混合溶液 | |
| D. | 洗涤油污常用热的Na2CO3溶液 |