Question

10．運用化學反應原理研究NH3的性質具有重要意義．請回答下列問題：
（1）利用對苯醌質子電池可檢測氨氣，其電池反應原理為2NH₃+（對苯醌）═N2H4+（對苯酚），N₂H₄的結構式為，該電池正極的電極反應式為．
（2）25℃時，將nmol•L^-1的氨水與0.1mol•L^-1的鹽酸等體積混合．
①若混合溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），則溶液的pH=7．
②若混合溶液中c（NH₄⁺）＞c（Cl^-），則反應的情況可能為a．
a、鹽酸不足，氨水剩余   b、氨水與鹽酸恰好反應   c、鹽酸過量
（3）在0.5L恒容密閉容器中，一定量的N₂與H₂進行反應：N₂（g）+3N₂（g）?2NH₃（g）△H=bkJ•mol^-1，其化學平衡常數K與溫度的關系如下：

溫度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

①寫出該反應的化學平衡常數的表達式：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，b小于（填“大于”“小于”或“等于”）0．
②400℃時，測得某時刻氨氣、氮氣、氫氣的物質的量分別為3mol、2mol、1mol時，此時刻該反應的u_正（N₂）小于（填“大于”“小于”或“等于”）u_正（N₂）．
（4）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
寫出氨高溫催化氧化的熱化學方程式：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8KJ/mol．

Answer 1

分析 （1）肼相當于氨氣分子中一個氫原子被氨基取代；
該電池正極上得到電子生成；
（2）①根據電荷守恒及c（Cl^-）=c（NH₄⁺）判斷溶液中氫離子濃度和氫氧根離子濃度相對大小，從而確定溶液的酸堿性，得出正確結論；
②根據電荷守恒及c（Cl^-）＜c（NH₄⁺）判斷溶液中氫離子濃度和氫氧根離子濃度相對大小，從而確定溶液的酸堿性，得出正確結論；
（3）①根據平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，書寫平衡常數表達式，分析平衡常數隨溫度變化，結合平衡移動原理分析反應熱量變化情況；
②依據濃度商和平衡常數的比較，判斷反應進行的方向；
（4）①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律進行計算，由①+2×②得出正確結論．

解答 解：（1）肼中相當于氨氣分子中一個氫原子被氨基取代，所以肼的結構式為；
該電池正極上得到電子生成，電極反應式為：，

故答案為：；；
（2）①根據電荷守恒得：c（Cl^-）+c（OH^-）=c（NH₄⁺）+c（H⁺），溶液中c（Cl^-）=c（NH₄⁺），所以c（OH^-）=c（H⁺），所以溶液呈中性，即pH=7，
故答案為：7；
②根據電荷守恒得：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-），當c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）時，則c（H⁺）＜c（OH^-），溶液呈堿性；
a．鹽酸不足，氨水剩余，溶液顯堿性，與題意相符，故a可選；
b．氨水與鹽酸恰好反應，生成氯化銨，銨根離子水解顯酸性，與題意不符，故b不選；
c．鹽酸過量，溶液呈酸性，與題意不符，故c不選；
故答案為：a；
（3）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=bkJ•mol^-1，平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
由表中數據可知：平衡常數隨溫度升高而減小，說明升高溫度，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，故正反應為放熱反應，故b小于0，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；小于；
②400°C N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的K=0.5，400℃時，測得氨氣、氮氣、氫氣的物質的量分別為3mol、2mol、1mol時，濃度分別為$\frac{3}{0.5}$=6mol/L，$\frac{2}{0.5}$=4mol/L，$\frac{1}{0.5}$=2mol/L，Qc=$\frac{{6}^{2}}{4×{2}^{3}}$=1.1＞K，說明平衡逆向進行，v_正（N₂）＜v_逆（N₂）；
故答案為：小于；
（4）①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1，
由①+2×②可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=（-1266.8kJ•mol^-1）+（+180.5kJ•mol^-1）=-905.8KJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8KJ/mol．

點評 本題考查的知識點較多，涉及結構式、電極反應式的書寫，溶液中離子濃度大小的判斷，平衡常數的計算和化學平衡移動原理，以及蓋斯定律的應用，綜合性較強，濃度較大．要注意掌握根據濃度商和平衡常數的比較，判斷反應進行的方向．