Question

運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮的單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)具有重要意義．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
則4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=

 

（用△H₁、△H₂、△H₃表達(dá)）
（2）在密閉容器中，一定條件下，進(jìn)行如下反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂，混合體系中NH₃的百分含量和溫度的關(guān)系如圖甲所示（曲線上任何一點(diǎn)都表示平衡狀態(tài)）．根據(jù)圖示回答下列問題：
①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂

 

0（填“＞”或“＜”）：
若在恒溫、恒壓條件下向上述平衡體系中通人氦氣，平衡

 

移動（填“向左”或“向右”）
②若溫度為T₁、T₂，反應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K₁，K₂，則K₁

 

K₂；反應(yīng)進(jìn)行到狀態(tài)D時(shí)，v_正

 

v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）氨氣溶于水得到氨水．已知常溫下0.01mol?L^-1的氨水中

c(H+)

c(OH-)

=1×10^-6，則該溶液的pH為

 

，溶液中的溶質(zhì)電離出的陽離子濃度約為

 

，在25℃時(shí)，將a mol?L^-1的氨水與b mol?L^-1的鹽酸等體積混合，反應(yīng)后溶液顯中性，試用含a和b的代數(shù)式表示出該混合溶液中氨水的電離平衡常數(shù)

 

．
（4）碳?xì)浠�合物與氧氣可形成新型燃料電池，如圖乙所示以CH₄為原料的燃料電池示意圖．
①放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為

 

．
②假設(shè)裝置中盛裝100.0mL 3.0mol?L^-1 KOH溶液，放電時(shí)參與反應(yīng)的氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為8960mL．放電完畢后，電解質(zhì)溶液中各離子濃度的大小關(guān)系為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡的影響因素,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算出該反應(yīng)的焓變；
（2）利用圖示可知該反應(yīng)隨溫度升高，產(chǎn)物（NH₃）在體系中的百分含量降低，說明反應(yīng)隨溫度升高向逆反應(yīng)方向移動，確定反應(yīng)的吸放熱；在恒溫、恒壓下充入氦氣，反應(yīng)容器體積變大，壓強(qiáng)減小，確定反應(yīng)的移動方向；
（3）利用

c(H+)

c(OH-)

=1×10^-6，結(jié)合常溫下Kw=c（H⁺）?c（OH^-）=1×10^-14可計(jì)算氨水溶液中c（H⁺），進(jìn)而計(jì)算pH；NH₃?H₂O電離出陽離子的濃度等于溶液中OH^-的濃度，根據(jù)K_b=

c(NH4+)?c(OH-)

c(NH3?H2O)

來計(jì)算；
（4）①負(fù)極是甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電解質(zhì)環(huán)境書寫電極反應(yīng)式；
②根據(jù)電池總反應(yīng)式可知，當(dāng)參與反應(yīng)的氧氣（標(biāo)況下）8960mL時(shí)，有0.2molCH₄參與反應(yīng)，而電解質(zhì)溶液中含有0.3molKOH，因此利用原子守恒知完全反應(yīng)電解質(zhì)溶液中的溶質(zhì)為0.1molK₂CO₃、0.1molKHCO₃，據(jù)此確定離子濃度的大小順序．

解答： 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H₁
②₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
依據(jù)蓋斯定律③×3-2×②-2×①得到，4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=3△H₃-2△H₁-2△H₂ kJ/mol，
故答案為：3△H₃-2△H₁-2△H₂；
（2）①利用圖示可知該反應(yīng)隨溫度升高，產(chǎn)物（NH₃）在體系中的百分含量降低，說明反應(yīng)隨溫度升高向逆反應(yīng)方向移動，故該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0；在恒溫、恒壓下充入氦氣，反應(yīng)容器體積變大，反應(yīng)向氣體體積增大的逆反應(yīng)方向移動，
故答案為：＜、向左； 
②因正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故升溫反應(yīng)逆向進(jìn)行，反應(yīng)進(jìn)行程度減小，故K₁＞K₂；由圖示知，D點(diǎn)處的NH₃百分含量比該溫度下平衡時(shí)NH₃的百分含量低，因此反應(yīng)正向移動，即V（正）＞v（逆），
故答案為：＞；＞；
（3）利用

c(H+)

c(OH-)

=1×10^-6，結(jié)合常溫下Kw=c（H⁺）?c（OH^-）=1×10^-14可知該氨水溶液中c（H⁺）=1×10^-10，故溶液pH=-lgc（H⁺）=10；結(jié)合NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-可知溶液中NH₃?H₂O電離出陽離子的濃度等于溶液中OH^-的濃度，即c（NH₄⁺）=1×10^-4mol/L；利用混合液呈中性可推知溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=

b

2

mol/L、c（NH₃?H₂O）=

a-b

2

mol/L，故K_b（NH₃?H₂O）=[c（NH₄⁺）?c（0H^-）]÷c（NH₃?H₂O）=[

b

2

×10^-7]÷（

a-b

2

）=

10-7b

a-b

．
故答案為：10；10^-4 mol?L^-1；K=

10-7b

a-b

．
（4）①甲烷燃燒生成CO₂與H₂O，其中CO₂又會進(jìn)一步與電解質(zhì)溶液KOH反應(yīng)生成K₂CO₃與H₂O，因此可寫出負(fù)極（甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)）反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②結(jié)合電池總反應(yīng)式可知，當(dāng)參與反應(yīng)的氧氣（標(biāo)況下）8960mL時(shí)，有0.2molCH₄參與反應(yīng)，而電解質(zhì)溶液中含有0.3molKOH，因此利用原子守恒知完全反應(yīng)電解質(zhì)溶液中的溶質(zhì)為0.1molK₂CO₃、0.1molKHCO₃，該溶液中CO₃^2-水解程度大于HCO₃^-的電離，溶液呈堿性，故再結(jié)合溶質(zhì)的物質(zhì)的量可推知溶液中離子濃度大小關(guān)系為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點(diǎn)評：本題綜合考查學(xué)生熱化學(xué)、電化學(xué)、溶液中離子濃度大小比較以及弱電解質(zhì)的電離等方面的知識，注意知識的歸納和梳理是關(guān)鍵，難度不大．