Question

运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应具有重要意义．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
则4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=

 

（用△H₁、△H₂、△H₃表达）
（2）在密闭容器中，一定条件下，进行如下反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂，混合体系中NH₃的百分含量和温度的关系如图甲所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）．根据图示回答下列问题：
①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂

 

0（填“＞”或“＜”）：
若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通人氦气，平衡

 

移动（填“向左”或“向右”）
②若温度为T₁、T₂，反应的平衡常数分别为K₁，K₂，则K₁

 

K₂；反应进行到状态D时，v_正

 

v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）氨气溶于水得到氨水．已知常温下0.01mol?L^-1的氨水中

c(H+)

c(OH-)

=1×10^-6，则该溶液的pH为

 

，溶液中的溶质电离出的阳离子浓度约为

 

，在25℃时，将a mol?L^-1的氨水与b mol?L^-1的盐酸等体积混合，反应后溶液显中性，试用含a和b的代数式表示出该混合溶液中氨水的电离平衡常数

 

．
（4）碳氢化合物与氧气可形成新型燃料电池，如图乙所示以CH₄为原料的燃料电池示意图．
①放电时，负极的电极反应式为

 

．
②假设装置中盛装100.0mL 3.0mol?L^-1 KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL．放电完毕后，电解质溶液中各离子浓度的大小关系为

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡建立的过程,化学平衡的影响因素,弱电解质在水溶液中的电离平衡

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算出该反应的焓变；
（2）利用图示可知该反应随温度升高，产物（NH₃）在体系中的百分含量降低，说明反应随温度升高向逆反应方向移动，确定反应的吸放热；在恒温、恒压下充入氦气，反应容器体积变大，压强减小，确定反应的移动方向；
（3）利用

c(H+)

c(OH-)

=1×10^-6，结合常温下Kw=c（H⁺）?c（OH^-）=1×10^-14可计算氨水溶液中c（H⁺），进而计算pH；NH₃?H₂O电离出阳离子的浓度等于溶液中OH^-的浓度，根据K_b=

c(NH4+)?c(OH-)

c(NH3?H2O)

来计算；
（4）①负极是甲烷失电子发生氧化反应，根据电解质环境书写电极反应式；
②根据电池总反应式可知，当参与反应的氧气（标况下）8960mL时，有0.2molCH₄参与反应，而电解质溶液中含有0.3molKOH，因此利用原子守恒知完全反应电解质溶液中的溶质为0.1molK₂CO₃、0.1molKHCO₃，据此确定离子浓度的大小顺序．

解答： 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁
②₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
依据盖斯定律③×3-2×②-2×①得到，4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=3△H₃-2△H₁-2△H₂ kJ/mol，
故答案为：3△H₃-2△H₁-2△H₂；
（2）①利用图示可知该反应随温度升高，产物（NH₃）在体系中的百分含量降低，说明反应随温度升高向逆反应方向移动，故该反应的正反应为放热反应，即△H＜0；在恒温、恒压下充入氦气，反应容器体积变大，反应向气体体积增大的逆反应方向移动，
故答案为：＜、向左； 
②因正反应为吸热反应，故升温反应逆向进行，反应进行程度减小，故K₁＞K₂；由图示知，D点处的NH₃百分含量比该温度下平衡时NH₃的百分含量低，因此反应正向移动，即V（正）＞v（逆），
故答案为：＞；＞；
（3）利用

c(H+)

c(OH-)

=1×10^-6，结合常温下Kw=c（H⁺）?c（OH^-）=1×10^-14可知该氨水溶液中c（H⁺）=1×10^-10，故溶液pH=-lgc（H⁺）=10；结合NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-可知溶液中NH₃?H₂O电离出阳离子的浓度等于溶液中OH^-的浓度，即c（NH₄⁺）=1×10^-4mol/L；利用混合液呈中性可推知溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=

b

2

mol/L、c（NH₃?H₂O）=

a-b

2

mol/L，故K_b（NH₃?H₂O）=[c（NH₄⁺）?c（0H^-）]÷c（NH₃?H₂O）=[

b

2

×10^-7]÷（

a-b

2

）=

10-7b

a-b

．
故答案为：10；10^-4 mol?L^-1；K=

10-7b

a-b

．
（4）①甲烷燃烧生成CO₂与H₂O，其中CO₂又会进一步与电解质溶液KOH反应生成K₂CO₃与H₂O，因此可写出负极（甲烷失电子发生氧化反应）反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②结合电池总反应式可知，当参与反应的氧气（标况下）8960mL时，有0.2molCH₄参与反应，而电解质溶液中含有0.3molKOH，因此利用原子守恒知完全反应电解质溶液中的溶质为0.1molK₂CO₃、0.1molKHCO₃，该溶液中CO₃^2-水解程度大于HCO₃^-的电离，溶液呈碱性，故再结合溶质的物质的量可推知溶液中离子浓度大小关系为：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评：本题综合考查学生热化学、电化学、溶液中离子浓度大小比较以及弱电解质的电离等方面的知识，注意知识的归纳和梳理是关键，难度不大．