Question

10．运用化学反应原理研究氮、硫单质及其化合物的性质是一个重要的课题．回答下列问题：
（1）恒容密闭窗口中，工业固氮反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的化学平衡常数K和温度的关系如表所示：

温度/℃	25	200	300	400	500
K	5×108	1.0	0.86	0.507	0.152

①从上表演列出数据分析，该反应为放热（填“吸热”或“放热”）反应
②有关工业合成氨的研究成果，曾于1918年、1931年、2007年三次荣膺诺贝尔化学奖．
下列关于合成氨反应描述的图象中，不正确的是C（填序号）．

③400℃时，测得某时刻氨气、氮气、氢气物质的量浓度分别为3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1，则该反应的v_正＜v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）近年来，科学家又提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨的新思路，反应原理为：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），则其反应热△H=+1530kJ•mol^-1．[已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ•mol^-1]
（3）联氨（N₂H₄）、二氧化氮（NO₂）可与KOH溶液构成碱性燃料电池，其电池反应原理为2N₂H₄+2NO₂═3N₂+4H₂O，则负极的电极反应式为N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O．
（4）25℃时，将pH=3的盐酸和pH=11的氨水等体积混合后，溶液中的离子浓度由大到小的顺序为c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（5）若将等物质的量的SO₂与NH₃溶于水充分反应，所得溶液中c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）（填表达式）．（已知：H₂SO₃的K_a1=1.7×10^-2mol•L^-1，K_a2=6.0×10^-8mol•L^-1；NH₃•H₂O的K_b=1.8×10^-5mol•L^-1）

Answer 1

分析 （1）①由图表得到温度越高，化学平衡常数K越小，根据温度对化学平衡的影响分析；
②根据影响化学平衡的因素结合曲线分析；
③400℃时，测得某时刻按气、氮气、氢气物质的量浓度分别为3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1，计算此时的Qc，与该温度下的K比较可得；
（2）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由盖斯定律2×①-3×②可得N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），据此计算；
（3）负极发生氧化反应，从总方程分析为N₂H₄生成N₂，结合电解质可写；
（4）pH=3的盐酸溶液c（H⁺）和pH=11的氨水中c（OH^-）相等，由于氨水为弱电解质，不能完全电离，则氨水浓度远大于盐酸浓度，反应后溶液呈碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），再结合电荷守恒可得；
（5）根据电荷守恒可写．

解答 解：（1）①由图表得到温度越高，化学平衡常数K越小，说明反应逆方向进行，即逆方向为吸热方向，该反应为放热反应；
故答案为：放热；
②A、反应为放热反应，交点之前，反应未达平衡，交点时处于平衡状态，交点后增大温度逆反应速率增大比正反应速率增大更多，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故A正确；
B、温度升高，平衡逆向移动，氨气的百分含量降低，故B正确；
C、温度升高反应速率加快，先达到平衡状态，温度升高平衡向逆反应方向移动，氨气的百分含量降低，故C错误；
D、反应物的化学计量数之和大于生成物的计量数之和，增大压强平衡向正方向移动，氨气的百分含量增大，故D正确．
故答案为：C；
③400℃时，K=0.507，测得某时刻氨气、氮气、氢气物质的量浓度分别为3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1，此时Qc=$\frac{{3}^{2}}{2×{1}^{3}}$=4.5，＞K，反应向着逆方向进行，v_正＜v_逆；
故答案为：＜；
（2）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由盖斯定律2×①-3×②可得N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g））△H=+1530kJ•mol^-1，
故答案为：+1530 kJ•mol^-1；
（3）负极发生氧化反应，则为N₂H₄生成N₂，电解质为碱性电解质，则负极反应式为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O； 
故答案为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
（4）pH=3的盐酸溶液c（H⁺）和pH=11的氨水中c（OH^-）相等，由于氨水为弱电解质，不能完全电离，则氨水浓度远大于盐酸浓度，反应后溶液呈碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），根据溶液中有电荷守恒 c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），则c（NH₄⁺）＞c（Cl^-），溶质为氯化铵与一水合氨的混合物，故c（NH₄⁺）和c（Cl^-）较大，所以c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案为：c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）将等物质的量的SO₂与NH₃溶于水充分反应，电解质溶液中存在电荷守恒c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）得到：c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）；
故答案为：c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）．

点评 本题考查了盖斯定律、影响化学平衡的因素、化学平衡移动的图象题、电极反应式的书写以及溶液中离子浓度大小的比较，题目难度中等，作图象题时题时注意分析图象曲线特点，从影响平衡移动的因素来分析，离子浓度的比较需要对溶液中的三大守恒的掌握，注意反应热有符号，易错．