Question

對氮及其化合物的研究具有重要意義．

（1）在1L密閉容器中，4mol氨氣在一定條件下分解生成氮氣和氫氣．2min時反應(yīng)吸收熱量為46.1kJ，此時氨氣的轉(zhuǎn)化率為25%．該反應(yīng)的熱化學方程式為

 

，這段時間內(nèi)v（H₂）=

 

．
（2）298K時．在2L固定體積的密閉容器中，發(fā)生可逆反應(yīng)：2NO₂（g）fN₂O₄（g）△H=-akJ?mol^-1（a＞0），N₂O₄的物質(zhì)的量濃度隨時間變化如圖1所示．達平衡時，N₂O₄的濃度為NO₂的2倍．
①298K時，該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)為

 

（精確到0.01）；
②下列情況不是處于平衡狀態(tài)的是

 

（填字母序號）；
a．混合氣體的密度保持不變
b．混合氣體的顏色不再變化
e．氣壓恒定時
③若反應(yīng)在398K進行，某時刻測得n（NO₂）=0.6mol，n（N₂O₄）=1.2mol，則此時v_正

 

v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）用氨氣可設(shè)計成如圖2所示燃料電池，產(chǎn)生的X氣體可直接排放到大氣中．則a電極電極反應(yīng)式為

 

．
（4）t℃下，某研究人員測定NH₃?H₂O的電離常數(shù)為1.8×10^-5．NH₄⁺的水解常數(shù)為1.5×10^-8，則該溫度下水的離子積常數(shù)為

 

，請判斷t

 

25℃（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡狀態(tài)的判斷,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡

專題：

分析：（1）4mol氨氣在一定條件下分解生成氮氣和氫氣，2min時反應(yīng)吸收熱量為46.1kJ，此時氨氣的轉(zhuǎn)化率為25%，即分解1mol氨氣吸收熱量是46.1kJ，據(jù)熱化學方程式的意義以及v=

△c

△t

來計算回答；
（2）①有圖可知N₂O₄的平衡濃度為0.6mol/L，達到平衡時，N₂O₄的濃度為NO₂的2倍，則NO₂的平衡濃度為0.3mol/L，帶入平衡常數(shù)表達式計算；
②a、氣體的質(zhì)量不變，容積恒定，因此氣體的密度為一定值；
b、混合氣體的顏色不變說明NO₂的濃度保持恒定；
c、反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g）氣壓恒定時，正、逆反應(yīng)速率相等；
③反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，K值減小，計算可知此時的濃度商Q=K（298K）＞K（398K），反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，因此V_（正）＜V_（逆）；
（3）氨氣作燃料應(yīng)充入負極區(qū)，堿性燃料電池氫氧根離子常參與電極反應(yīng)；
（4）氨氣中的N失去電子化合價升高，由于X無污染可以確定X為氮氣，根據(jù)Kw=Kh×Kb代入計算即可，Kw與溫度成正比，以此判斷T與25℃的大小．

解答： 解：（1）4mol氨氣在一定條件下分解生成氮氣和氫氣，2min時反應(yīng)吸收熱量為46.1kJ，此時氨氣的轉(zhuǎn)化率為25%，即分解1mol氨氣吸收熱量是46.1kJ，據(jù)熱化學方程式的意義，反應(yīng)的熱化學方程式為：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+92.2kJ/mol，消耗1mol氨氣會生成氫氣1.5mol，體積是1L，所以v（H₂）=

1.5mol/L

2min

=0.75mol/（L?min），故答案為：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+92.2kJ/mol；0.75mol/（L?min）；
（2））①有圖可知N₂O₄的平衡濃度為0.6mol/L，達到平衡時，N₂O₄的濃度為NO₂的2倍，則NO₂的平衡濃度為0.3mol/L，則K=

c(N2O4)

c2(NO2)

=

0.6mol/L

(0.3mol/L)2

=6.67L/mol，
故答案為：6.67；
②a、反應(yīng)物和生成物全是氣態(tài)物質(zhì)，氣體的質(zhì)量不變，容積為2L保持恒定，由ρ=

m

V

可知氣體的密度為一定值，因此氣體的密度保持不變不一定處于平衡狀態(tài)，故a選；
b、混合氣體的顏色不變說明NO₂的濃度不變，說明反應(yīng)處于化學平衡狀態(tài)，故b不選；
c、反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g）是一個氣體體積減小的反應(yīng)，氣壓恒定時，正、逆反應(yīng)速率相等，說明反應(yīng)處于化學平衡狀態(tài)，故c不選；
故答案為：a；
③反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，K值減小，密閉容器的體積為2L，因此的N₂O₄的濃度為0.6mol/L，NO₂的濃度為0.3mol/L，濃度商Q=

c(N2O4)

c2(NO2)

=

0.6mol/L

(0.3mol/L)2

=6.67L/mol=K（298K）＞K（398K），反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，因此V_（正）＜V_（逆）；
故答案為：＜；
（3）在燃料電池中，可燃物充入負極區(qū)，所以NH₃充入的a極作負極，產(chǎn)生的X氣體為氧化產(chǎn)物，可直接排放到大氣中，說明X對大氣無污染，因此X為氮氣，由該燃料電池示意圖可知負極反應(yīng)產(chǎn)物有水，由于是堿性電池，氫氧根離子也參與負極電極反應(yīng)，綜上所述可寫出負極反應(yīng)式：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
（4）根據(jù)公式Kw=Kh×Kb，T℃下Kw=1.5×10^-8×1.8×10^-5=2.7×10^-13；水的電離是吸熱的，所以溫度越高Kw越大，由于2.7×10^-13＞1.0×10^-14，所以T＞25℃，
故答案為：2.7×10^-13；＞．

點評：本題考查知識點全面，涉及熱化學方程式的書寫、平衡常數(shù)的計算、平衡的移動、等知識點，難度中等．