Question

12．氨在工農業(yè)生產領域應用廣泛．
（1）已知：H-H鍵能為436kJ•mol^-1，N≡N鍵能為945kJ•mol^-1，N-H鍵能為391kJ•mol^-1．寫出合成氨反應的熱化學方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1，有人設想尋求合適的催化劑和電極材料，以氮氣、氫氣為電極反應物，以HCl--NH₄Cl為電解質溶液制取新型燃料電池．請寫出該電池的正極反應式N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺．
（2）對于工業(yè)合成氨反應而言，如圖有關圖象一定正確的是：A和B．

設在容積為2.0L的密閉容器充入0.60mol N₂（g）和1.60mol H₂（g），反應到b點時所消耗的時間為2min，氨氣的物質的量分數是$\frac{4}{7}$．則0～2min內氮氣的反應速率為0.1mol•（L•min）^-1．在b點條件下反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數為0.005．在a、b兩點H₂的轉化率大小關系為a=b（填＞、＜或=）．
（3）已知25℃時，K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sP[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，CH₃COOH和NH₃•H₂O的電離平衡常數分別為K_a（CH₃COOH）=1.7×10^-5 mol•L^-1，K_b（NH₃•H₂O）=1.7×10^-5 mol•L^-1．現有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，同條件下，該濃度的氨水的pH=14-a（用含a的代數式表達）．在25℃下，向各含有0.1mol的MgCl₂和CuCl₂混合溶液中逐滴加入氨水，當滴至混合液的體積為1L時，混合液的pH為9，此時溶液中情況是A．
A  只有Cu（OH）₂沉淀    B只有Mg（OH）₂沉淀    C 兩者沉淀都有   D 沒有沉淀．

Answer 1

分析 （1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，注明物質的聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式；正極發(fā)生還原反應，N₂放電生成2NH₄⁺，以此書寫電極反應式；
（2）B、根據合成氨為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動判斷；
C、根據合成氨為氣體體積減小的反應，升高壓強，正逆反應速率都增大，平衡正向移動判斷；
D、根據合成氨為氣體體積減小的放熱反應，采用定一議二法判斷；
根據v=$\frac{△c}{△t}$計算0～2min內氮氣的反應速率，k=$\frac{c（N{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}{c（NH{\;}_{3}）{\;}^{2}}$計算2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數；根據a、b兩點氨氣的百分含量相同說明a、b兩點狀態(tài)一樣判斷；
（3）根據CH₃COOH和NH₃•H₂O的電離平衡常數分別為K_a（CH₃COOH）=1.7×10^-5 mol•L^-1，K_b（NH₃•H₂O）=1.7×10^-5 mol•L^-1，說明電離程度一樣，則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，則電離出的氫離子濃度為10^-amol/L，同條件下，氨水電離出的氫氧根離子濃度也為10^-amol/L，據此計算；根據Qc＞Ksp時開始沉淀計算判斷．

解答 解：（1）反應發(fā)生：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），則△H=945KJ•mol^-1+3×436KJ•mol^-1-6×391KJ•mol^-1=-93 KJ•mol^-1，反應熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1；總的反應氮氣與氫在氯化氫氛圍生成氯化銨，所以總的電池反應式為：N₂+3H₂+2HCl=2NH₄Cl，正極發(fā)生還原反應，N₂放電生成2NH₄⁺，正極電極反應式為N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺；
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93 KJ•mol^-1；N₂+6e^-+8H⁺=2NH₄⁺；
（2）B、因為合成氨為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，所以K_正減小，K_逆增大，故B正確；
C、因為合成氨為氣體體積減小的反應，升高壓強，正逆反應速率都增大，平衡正向移動，所以正反應速率增大的比逆反應多，故C錯誤；
D、因為合成氨為氣體體積減小的放熱反應，所以同溫下，壓強越大越向正反應方向移動，則氮氣的轉化率越大；同壓下，溫度越大越向逆反應方向移動，則氮氣的轉化率越小，故D錯誤；
       N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）設2min氮氣消耗xmol，則
開始 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
則0～2min內氮氣的反應速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.4}{2}}{2}$=0.1mol•（L•min）^-1；
2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數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；
因為a、b兩點氨氣的百分含量相同，所以a、b兩點狀態(tài)一樣，則a、b兩點H₂的轉化率大小關系為a=b；
故答案為：B；0.1mol•（L•min）^-1；0.005；=；
（3）因為CH₃COOH和NH₃•H₂O的電離平衡常數分別為K_a（CH₃COOH）=1.7×10^-5 mol•L^-1，K_b（NH₃•H₂O）=1.7×10^-5 mol•L^-1，說明電離程度一樣，則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，則電離出的氫離子濃度為10^-amol/L，同條件下，氨水電離出的氫氧根離子濃度也為10^-amol/L，所以氫離子濃度為10^a-14mol/L，則pH=14-a；
向各含有0.1mol的MgCl₂和CuCl₂混合溶液中逐滴加入氨水，當滴至混合液的體積為1L時，混合液的pH為9，所以Qc（Mg（OH）₂）=0.1×（10^-5）²=10^-11＜K_sp[Mg（OH）₂]，則無Mg（OH）₂沉淀；Qc（Cu（OH）₂）=0.1×（10^-5）²=10^-11＞K_sp[Cu（OH）₂]，則有Cu（OH）₂沉淀；
故答案為：14-a；A．

點評 本題考查蓋斯定律的應用，電極方程式的書寫，以及電離平衡、溶度積、化學反應速率、平衡常數、化學平衡有關計算應用，難度中等，注意對知識的理解與掌握，是對學生能力的考查．