Question

10．運用化學反應原理研究氮、硫單質及其化合物的性質是一個重要的課題．回答下列問題：
（1）恒容密閉窗口中，工業固氮反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的化學平衡常數K和溫度的關系如表所示：

溫度/℃	25	200	300	400	500
K	5×108	1.0	0.86	0.507	0.152

①從上表演列出數據分析，該反應為放熱（填“吸熱”或“放熱”）反應
②有關工業合成氨的研究成果，曾于1918年、1931年、2007年三次榮膺諾貝爾化學獎．
下列關于合成氨反應描述的圖象中，不正確的是C（填序號）．

③400℃時，測得某時刻氨氣、氮氣、氫氣物質的量濃度分別為3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1，則該反應的v_正＜v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）近年來，科學家又提出在常溫、常壓、催化劑等條件下合成氨的新思路，反應原理為：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），則其反應熱△H=+1530kJ•mol^-1．[已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ•mol^-1]
（3）聯氨（N₂H₄）、二氧化氮（NO₂）可與KOH溶液構成堿性燃料電池，其電池反應原理為2N₂H₄+2NO₂═3N₂+4H₂O，則負極的電極反應式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O．
（4）25℃時，將pH=3的鹽酸和pH=11的氨水等體積混合后，溶液中的離子濃度由大到小的順序為c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（5）若將等物質的量的SO₂與NH₃溶于水充分反應，所得溶液中c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）（填表達式）．（已知：H₂SO₃的K_a1=1.7×10^-2mol•L^-1，K_a2=6.0×10^-8mol•L^-1；NH₃•H₂O的K_b=1.8×10^-5mol•L^-1）

Answer 1

分析 （1）①由圖表得到溫度越高，化學平衡常數K越小，根據溫度對化學平衡的影響分析；
②根據影響化學平衡的因素結合曲線分析；
③400℃時，測得某時刻按氣、氮氣、氫氣物質的量濃度分別為3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1，計算此時的Qc，與該溫度下的K比較可得；
（2）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由蓋斯定律2×①-3×②可得N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），據此計算；
（3）負極發生氧化反應，從總方程分析為N₂H₄生成N₂，結合電解質可寫；
（4）pH=3的鹽酸溶液c（H⁺）和pH=11的氨水中c（OH^-）相等，由于氨水為弱電解質，不能完全電離，則氨水濃度遠大于鹽酸濃度，反應后溶液呈堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），再結合電荷守恒可得；
（5）根據電荷守恒可寫．

解答 解：（1）①由圖表得到溫度越高，化學平衡常數K越小，說明反應逆方向進行，即逆方向為吸熱方向，該反應為放熱反應；
故答案為：放熱；
②A、反應為放熱反應，交點之前，反應未達平衡，交點時處于平衡狀態，交點后增大溫度逆反應速率增大比正反應速率增大更多，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故A正確；
B、溫度升高，平衡逆向移動，氨氣的百分含量降低，故B正確；
C、溫度升高反應速率加快，先達到平衡狀態，溫度升高平衡向逆反應方向移動，氨氣的百分含量降低，故C錯誤；
D、反應物的化學計量數之和大于生成物的計量數之和，增大壓強平衡向正方向移動，氨氣的百分含量增大，故D正確．
故答案為：C；
③400℃時，K=0.507，測得某時刻氨氣、氮氣、氫氣物質的量濃度分別為3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1，此時Qc=$\frac{{3}^{2}}{2×{1}^{3}}$=4.5，＞K，反應向著逆方向進行，v_正＜v_逆；
故答案為：＜；
（2）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（1）△H=-571.6kJ•mol^-1，
由蓋斯定律2×①-3×②可得N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g））△H=+1530kJ•mol^-1，
故答案為：+1530 kJ•mol^-1；
（3）負極發生氧化反應，則為N₂H₄生成N₂，電解質為堿性電解質，則負極反應式為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O； 
故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂+4H₂O；
（4）pH=3的鹽酸溶液c（H⁺）和pH=11的氨水中c（OH^-）相等，由于氨水為弱電解質，不能完全電離，則氨水濃度遠大于鹽酸濃度，反應后溶液呈堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），根據溶液中有電荷守恒 c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），則c（NH₄⁺）＞c（Cl^-），溶質為氯化銨與一水合氨的混合物，故c（NH₄⁺）和c（Cl^-）較大，所以c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案為：c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）將等物質的量的SO₂與NH₃溶于水充分反應，電解質溶液中存在電荷守恒c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）得到：c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）；
故答案為：c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）．

點評 本題考查了蓋斯定律、影響化學平衡的因素、化學平衡移動的圖象題、電極反應式的書寫以及溶液中離子濃度大小的比較，題目難度中等，作圖象題時題時注意分析圖象曲線特點，從影響平衡移動的因素來分析，離子濃度的比較需要對溶液中的三大守恒的掌握，注意反應熱有符號，易錯．