Question

2．用途广泛，是最重要的化工产品之一，请回答下列问题：
（1）以甲烷为原料可制得合成氨气用的氢气．图1是一定温度、压强下，CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO（g）和1mol H₂（g）的能量变化示意图，写出该反应的热化学方程式CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁）kJ/mol（△H用E₁、E₂、E₃表示）．

（2）已知合成氨反应的平衡常数K值和温度的关系如下：

温度/℃	200	300	400
K	1.0	0.68	0.5

①由上表数据可知该反应为放热反应，理由是温度升高，平衡常数减小；
②400°C时，测得某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量浓度分别为3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1时，此时刻该反应的v_正（N₂）＜v_逆（N₂）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）①在25℃下，将a mol•L^-1的氨水与0.1mol•L^-1的盐酸等体积混合，当溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），用含a的代数式表示NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{1{0}^{-8}}{a-0.1}$；
②向25mL 0.10mol•L^-1的盐酸中滴加氨水至过量，该过程中离子浓度大小关系一定不正确的是d（填字母序号）．
a．c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-）        b．c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）=c（H⁺）＞c（OH^-）
c．c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）        d．c（OH^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（Cl^-）
（4）瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池示意图如图2所示，电极1发生的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据图示信息，反应物的能量低于产物的能量，所以反应是吸热反应，反应热等于产物的能量和反应物的能量之差，据此回答；
（2）①分析图表，温度升高k变小，说明反应逆向移动，正反应为放热反应；
②计算400°C时，某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量浓度分别为3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1时的浓度商QC，与k比较可得；
（3）①在25℃下，平衡时溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，根据物料守恒得c（NH₃•H₂O）=（0.5a-0.005）mol/L，根据电荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$；
②a、滴加很少量氨水时，c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-）；   
b、盐酸稍稍过量时：c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）=c（H⁺）＞c（OH^-）；
c、体系为NH₄Cl溶液和NH₃．H₂O，氨水过量较多时，溶液呈碱性：c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）；
d、盐酸是1：1的电离氢离子，氢离子被氨水中和一部分，所以c（H⁺）不可能大于 c（Cl^-）；
（4）分析电极1NH₃生成N₂，氮元素化合价升高，说明失电子，再结合电解液写．

解答 解：（1）根据图示信息，反应物的能量低于产物的能量，所以反应是吸热反应，反应热等于产物的能量和反应物的能量之差，即CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁）kJ/mol；
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁）kJ/mol；
（2）①）①分析图表，温度升高k变小，说明反应逆向移动，正反应为放热反应；
故答案为：温度升高，平衡常数减小；
②400°C时，k=0.5氨气、氮气、氢气的物质的量浓度分别为3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1时的浓度商QC=$\frac{3^2}{2×1^3}$=4.5＞0.5，此时反应正向着逆方向进行；
故答案为：＜；
（3）①在25℃下，平衡时溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，根据物料守恒得c（NH₃．H₂O）=（0.5a-0.005）mol/L，根据电荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}×0.005}{0.5a-0.005}$=$\frac{1{0}^{-8}}{a-0.1}$；
故答案为：$\frac{{{{10}^{-8}}}}{a-0.1}$；
②a、滴加很少量氨水时，c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-），故a正确；   
b、盐酸稍稍过量时：c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）=c（H⁺）＞c（OH^-）故b正确；
c、体系为NH₄Cl溶液和NH₃．H₂O，氨水过量较多时，溶液呈碱性：c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺），故c正确；
d、盐酸是1：1的电离氢离子，氢离子被氨水中和一部分，所以c（H⁺）不可能大于 c（Cl^-），故d错误；
故答案为：d；
（4）电极1NH₃生成N₂，氮元素化合价升高，说明失电子，电解质溶液为碱性电子，所以电极1的电极反应式为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂↑+6H₂O；
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂↑+6H₂O．

点评 本题考查了反应热的计算、化学平衡问题、离子浓度大小的比较、燃料电池电极反应式的书写，综合性很强，明确溶液中的溶质是离子浓度大小比较的基础，注意结合电荷守恒来分析解答．