Question

12．氨在工农业生产领域应用广泛．
（1）已知：H-H键能为436kJ•mol^-1，N≡N键能为945kJ•mol^-1，N-H键能为391kJ•mol^-1．写出合成氨反应的热化学方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1，有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以氮气、氢气为电极反应物，以HCl--NH₄Cl为电解质溶液制取新型燃料电池．请写出该电池的正极反应式N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺．
（2）对于工业合成氨反应而言，如图有关图象一定正确的是：A和B．

设在容积为2.0L的密闭容器充入0.60mol N₂（g）和1.60mol H₂（g），反应到b点时所消耗的时间为2min，氨气的物质的量分数是$\frac{4}{7}$．则0～2min内氮气的反应速率为0.1mol•（L•min）^-1．在b点条件下反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数为0.005．在a、b两点H₂的转化率大小关系为a=b（填＞、＜或=）．
（3）已知25℃时，K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sP[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，CH₃COOH和NH₃•H₂O的电离平衡常数分别为K_a（CH₃COOH）=1.7×10^-5 mol•L^-1，K_b（NH₃•H₂O）=1.7×10^-5 mol•L^-1．现有25℃下1mol•L^-1的醋酸溶液和1mol•L^-1的氨水，且知醋酸溶液的pH=a，同条件下，该浓度的氨水的pH=14-a（用含a的代数式表达）．在25℃下，向各含有0.1mol的MgCl₂和CuCl₂混合溶液中逐滴加入氨水，当滴至混合液的体积为1L时，混合液的pH为9，此时溶液中情况是A．
A  只有Cu（OH）₂沉淀    B只有Mg（OH）₂沉淀    C 两者沉淀都有   D 没有沉淀．

Answer 1

分析 （1）反应热=反应物总键能-生成物总键能，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；正极发生还原反应，N₂放电生成2NH₄⁺，以此书写电极反应式；
（2）B、根据合成氨为放热反应，升高温度，平衡逆向移动判断；
C、根据合成氨为气体体积减小的反应，升高压强，正逆反应速率都增大，平衡正向移动判断；
D、根据合成氨为气体体积减小的放热反应，采用定一议二法判断；
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算0～2min内氮气的反应速率，k=$\frac{c（N{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}{c（NH{\;}_{3}）{\;}^{2}}$计算2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数；根据a、b两点氨气的百分含量相同说明a、b两点状态一样判断；
（3）根据CH₃COOH和NH₃•H₂O的电离平衡常数分别为K_a（CH₃COOH）=1.7×10^-5 mol•L^-1，K_b（NH₃•H₂O）=1.7×10^-5 mol•L^-1，说明电离程度一样，则25℃下1mol•L^-1的醋酸溶液和1mol•L^-1的氨水，且知醋酸溶液的pH=a，则电离出的氢离子浓度为10^-amol/L，同条件下，氨水电离出的氢氧根离子浓度也为10^-amol/L，据此计算；根据Qc＞Ksp时开始沉淀计算判断．

解答 解：（1）反应发生：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），则△H=945KJ•mol^-1+3×436KJ•mol^-1-6×391KJ•mol^-1=-93 KJ•mol^-1，反应热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1；总的反应氮气与氢在氯化氢氛围生成氯化铵，所以总的电池反应式为：N₂+3H₂+2HCl=2NH₄Cl，正极发生还原反应，N₂放电生成2NH₄⁺，正极电极反应式为N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺；
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1；N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺；
（2）B、因为合成氨为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，所以K_正减小，K_逆增大，故B正确；
C、因为合成氨为气体体积减小的反应，升高压强，正逆反应速率都增大，平衡正向移动，所以正反应速率增大的比逆反应多，故C错误；
D、因为合成氨为气体体积减小的放热反应，所以同温下，压强越大越向正反应方向移动，则氮气的转化率越大；同压下，温度越大越向逆反应方向移动，则氮气的转化率越小，故D错误；
       N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）设2min氮气消耗xmol，则
开始 0.6        1.6              0
2min   x          3x              2x
平衡0.6-x    1.6-3x           2x
所以 $\frac{2x}{0.6-x+1.6-3x+2x}$=$\frac{4}{7}$，解得x=0.4
则0～2min内氮气的反应速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.4}{2}}{2}$=0.1mol•（L•min）^-1；
2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数k=$\frac{c（N{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}{c（NH{\;}_{3}）{\;}^{2}}$=$\frac{\frac{0.2}{2}×（\frac{0.4}{2}）{\;}^{3}}{（\frac{0.8}{2}）{\;}^{2}}$=0.005；
因为a、b两点氨气的百分含量相同，所以a、b两点状态一样，则a、b两点H₂的转化率大小关系为a=b；
故答案为：B；0.1mol•（L•min）^-1；0.005；=；
（3）因为CH₃COOH和NH₃•H₂O的电离平衡常数分别为K_a（CH₃COOH）=1.7×10^-5 mol•L^-1，K_b（NH₃•H₂O）=1.7×10^-5 mol•L^-1，说明电离程度一样，则25℃下1mol•L^-1的醋酸溶液和1mol•L^-1的氨水，且知醋酸溶液的pH=a，则电离出的氢离子浓度为10^-amol/L，同条件下，氨水电离出的氢氧根离子浓度也为10^-amol/L，所以氢离子浓度为10^a-14mol/L，则pH=14-a；
向各含有0.1mol的MgCl₂和CuCl₂混合溶液中逐滴加入氨水，当滴至混合液的体积为1L时，混合液的pH为9，所以Qc（Mg（OH）₂）=0.1×（10^-5）²=10^-11＜K_sp[Mg（OH）₂]，则无Mg（OH）₂沉淀；Qc（Cu（OH）₂）=0.1×（10^-5）²=10^-11＞K_sp[Cu（OH）₂]，则有Cu（OH）₂沉淀；
故答案为：14-a；A．

点评 本题考查盖斯定律的应用，电极方程式的书写，以及电离平衡、溶度积、化学反应速率、平衡常数、化学平衡有关计算应用，难度中等，注意对知识的理解与掌握，是对学生能力的考查．