Question

7．氨气是重要的化工原料
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
写出氨气在高温高压催化剂条件下生成氮气和氢气的热化学方程式：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+92.4 kJ•mol^-1；如果在1L密闭容器中，3mol NH₃ 在等温条件下充分反应，2min后达到平衡，平衡时的反应热为92.4kJ，则在这段时间内v（H₂）=1.5mol/（L．min）；保持温度不变，将起始NH₃的物质的量调整为8mol，平衡时NH₃的转化率为50%．
（2）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式：4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O，
科学家利用此原理，设计成氨气一氧气燃料电池，则通入氨气的电极是负极（填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．
（3）一定条件下，某密闭容器中发生反应：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）．在一定体积的密闭容器中，为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动，下列措施中可采用的是c（填字母代号）．
a．增大压强    b．适当升高温度    c．增大O₂的浓度    d．选择高效催化剂
（4）如果某氨水的电离程度为1%，浓度为0.01mol/LMgCl₂溶液滴加氨水至开始产生沉淀时（不考虑溶液体积变化），溶液中的NH₃•H₂O的浓度为0.002 mol/{已知Ksp[Mg（OH）₂]=4.0×10^-12]}．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
根据盖斯定律，（②-①×2-③×3）÷2可得：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g），△H=+92.4 kJ•mol^-1；
如果在1L密闭容器中，3mol NH₃ 在等温条件下充分反应，平衡时的反应热为92.4kJ，说明反应的氨气为2mol，则：
            2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）：3       0       0
变化量（mol）：2       1       3
平衡量（mol）：1       1       3
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；
保持温度不变，平衡常数不变，根据K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$计算平衡常数，将起始NH₃的物质的量调整为8mol，设转化的氨气物质的量为xmol，表示出平衡时各组分物质的量，再结合平衡常数列方程计算解答；
（2）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，应生成氮气与水；
氨气--氧气燃料电池，燃料在负极发生氧化反应，则通入氨气的电极是负极，碱性条件下，生成氮气与水；
（3）a．增大压强，反应速率增大，平衡向气体体积减小的方向移动；
b．适当升高温度，反应速率增大，平衡向吸热反应移动；
c．增大反应物氧气的浓度，平衡正向进行，反应速率增大；
d．选择高效催化剂只能改变化学反应速率，但不影响化学平衡；
（4）溶液中c（Mg²⁺）=0.01mol/L，根据溶度积常数Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=4.0×10^-12 ，计算c（OH^-），氨水的浓度=$\frac{c（O{H}^{-}）}{氨水电离度}$．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
依据盖斯定律，（②-①×2-③×3）÷2可得：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g），△H=+92.4 kJ•mol^-1；
如果在1L密闭容器中，3mol NH₃ 在等温条件下充分反应，平衡时的反应热为92.4kJ，说明反应的氨气为2mol，则：
            2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）：3       0        0
变化量（mol）：2       1        3
平衡量（mol）：1       1        3
v（H₂）=$\frac{\frac{3mol}{1L}}{2min}$=1.5mol/（L．min）；
平衡常数K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{1×{3}^{3}}{{1}^{2}}$=27，保持温度不变，平衡常数不变，将起始NH₃的物质的量调整为8mol，设转化的氨气物质的量为xmol，则：
            2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）：8        0      0
变化量（mol）：x        0.5x   1.5x
平衡量（mol）：8-x      0.5x    1.5x
则$\frac{0.5x×（1.5x）^{3}}{（8-x）^{2}}$=27，解得x=4 平衡时氨气的转化率=$\frac{4mol}{8mol}$×100%=50%
故答案为：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+92.4 kJ•mol^-1；1.5mol/（L．min）；50%；
（2）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，应生成氮气与水，反应的化学方程式：4NH₃+3O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O；
氨气--氧气燃料电池，燃料在负极发生氧化反应，则通入氨气的电极是负极，碱性条件下生成氮气与水，该电极发生反应的电极反应式为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O，负极；2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
（3）a．反应是气体体积增大的反应，增大压强，反应速率增大，平衡逆向进行，故a不符合；
b．反应是放热反应，适当升高温度，反应速率增大，平衡逆向进行，故b不符合；
c．增大O₂的浓度，平衡正向进行，反应速率增大，故c符合；
d．选择高效催化剂只能改变化学反应速率，但不改变化学平衡，故d不符合；
故答案为：c；
（4）如果某氨水的电离程度为1%，浓度为0.01mol/LMgCl₂溶液滴加氨水至开始产生沉淀时（不考虑溶液体积变化），{已知Ksp[Mg（OH）₂]=4.0×10^-12]}，则依据
溶度积常数Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=4.0×10^-12 ，溶液中c（Mg²⁺）=0.01mol/L，则c（OH^-）=2×10^-5mol/L，氨水的浓度=$\frac{2×1{0}^{-5}mol/L}{1%}$=0.002mol/L，
故答案为：0.002 mol/L．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、热化学方程式书写、原电池、溶度积有关计算等，是对学生综合能力的考查，注意对基础知识的理解掌握与灵活应用，难度中等．