Question

对氮及其化合物的研究具有重要意义．

（1）在1L密闭容器中，4mol氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气．2min时反应吸收热量为46.1kJ，此时氨气的转化率为25%．该反应的热化学方程式为

 

，这段时间内v（H₂）=

 

．
（2）298K时．在2L固定体积的密闭容器中，发生可逆反应：2NO₂（g）fN₂O₄（g）△H=-akJ?mol^-1（a＞0），N₂O₄的物质的量浓度随时间变化如图1所示．达平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍．
①298K时，该反应的化学平衡常数为

 

（精确到0.01）；
②下列情况不是处于平衡状态的是

 

（填字母序号）；
a．混合气体的密度保持不变
b．混合气体的颜色不再变化
e．气压恒定时
③若反应在398K进行，某时刻测得n（NO₂）=0.6mol，n（N₂O₄）=1.2mol，则此时v_正

 

v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）用氨气可设计成如图2所示燃料电池，产生的X气体可直接排放到大气中．则a电极电极反应式为

 

．
（4）t℃下，某研究人员测定NH₃?H₂O的电离常数为1.8×10^-5．NH₄⁺的水解常数为1.5×10^-8，则该温度下水的离子积常数为

 

，请判断t

 

25℃（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,原电池和电解池的工作原理,化学平衡状态的判断,弱电解质在水溶液中的电离平衡

专题：

分析：（1）4mol氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气，2min时反应吸收热量为46.1kJ，此时氨气的转化率为25%，即分解1mol氨气吸收热量是46.1kJ，据热化学方程式的意义以及v=

△c

△t

来计算回答；
（2）①有图可知N₂O₄的平衡浓度为0.6mol/L，达到平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍，则NO₂的平衡浓度为0.3mol/L，带入平衡常数表达式计算；
②a、气体的质量不变，容积恒定，因此气体的密度为一定值；
b、混合气体的颜色不变说明NO₂的浓度保持恒定；
c、反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）气压恒定时，正、逆反应速率相等；
③反应为放热反应，升高温度，K值减小，计算可知此时的浓度商Q=K（298K）＞K（398K），反应向逆反应方向移动，因此V_（正）＜V_（逆）；
（3）氨气作燃料应充入负极区，碱性燃料电池氢氧根离子常参与电极反应；
（4）氨气中的N失去电子化合价升高，由于X无污染可以确定X为氮气，根据Kw=Kh×Kb代入计算即可，Kw与温度成正比，以此判断T与25℃的大小．

解答： 解：（1）4mol氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气，2min时反应吸收热量为46.1kJ，此时氨气的转化率为25%，即分解1mol氨气吸收热量是46.1kJ，据热化学方程式的意义，反应的热化学方程式为：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+92.2kJ/mol，消耗1mol氨气会生成氢气1.5mol，体积是1L，所以v（H₂）=

1.5mol/L

2min

=0.75mol/（L?min），故答案为：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+92.2kJ/mol；0.75mol/（L?min）；
（2））①有图可知N₂O₄的平衡浓度为0.6mol/L，达到平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍，则NO₂的平衡浓度为0.3mol/L，则K=

c(N2O4)

c2(NO2)

=

0.6mol/L

(0.3mol/L)2

=6.67L/mol，
故答案为：6.67；
②a、反应物和生成物全是气态物质，气体的质量不变，容积为2L保持恒定，由ρ=

m

V

可知气体的密度为一定值，因此气体的密度保持不变不一定处于平衡状态，故a选；
b、混合气体的颜色不变说明NO₂的浓度不变，说明反应处于化学平衡状态，故b不选；
c、反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）是一个气体体积减小的反应，气压恒定时，正、逆反应速率相等，说明反应处于化学平衡状态，故c不选；
故答案为：a；
③反应为放热反应，升高温度，K值减小，密闭容器的体积为2L，因此的N₂O₄的浓度为0.6mol/L，NO₂的浓度为0.3mol/L，浓度商Q=

c(N2O4)

c2(NO2)

=

0.6mol/L

(0.3mol/L)2

=6.67L/mol=K（298K）＞K（398K），反应向逆反应方向移动，因此V_（正）＜V_（逆）；
故答案为：＜；
（3）在燃料电池中，可燃物充入负极区，所以NH₃充入的a极作负极，产生的X气体为氧化产物，可直接排放到大气中，说明X对大气无污染，因此X为氮气，由该燃料电池示意图可知负极反应产物有水，由于是碱性电池，氢氧根离子也参与负极电极反应，综上所述可写出负极反应式：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
（4）根据公式Kw=Kh×Kb，T℃下Kw=1.5×10^-8×1.8×10^-5=2.7×10^-13；水的电离是吸热的，所以温度越高Kw越大，由于2.7×10^-13＞1.0×10^-14，所以T＞25℃，
故答案为：2.7×10^-13；＞．

点评：本题考查知识点全面，涉及热化学方程式的书写、平衡常数的计算、平衡的移动、等知识点，难度中等．