Question

18．（1）已知：O₂ （g）═O₂⁺ （g）+e^-△H₁=+1175.7kJ•mol^-1
PtF₆（g）+e^-═PtF₆^-（g）△H₂=-771.1kJ•mol^-1
O₂⁺PtF₆^-（s）═O₂⁺（g）+PtF₆^-（g）△H₃=+482.2kJ•mol^-1
則反應(yīng)：O₂（g）+PtF₆（g）═O₂⁺PtF₆^-（s）的△H=-77.6 kJ•mol^-1．
（2）如圖為合成氨反應(yīng)在使用相同的催化劑，不同溫度和壓強條件下進行反 應(yīng)，初始時N₂和H₂的體積比為1：3時的平衡混合物中氨的體積分數(shù)：
①在一定的溫度下，向體積不變的密閉容器中充入氮氣和氫氣發(fā)生上述反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是ad．
a．體系的壓強保持不變
b．混合氣體的密度保持不變
c．N₂和H₂的體積比為1：3
d．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變
②分別用v_A（NH₃）和v_B（NH₃）表示從反應(yīng)開始到平衡狀態(tài)A、B時的反應(yīng)速率，則v_A（NH₃）＜ v_B（NH₃）（填“＞”、“＜”或“=”），該反應(yīng)的平衡常數(shù)k_A＞ k_B（填“＞”、“＜”或“=”），在250℃、1.0×10⁴kPa下達到平衡，H₂的轉(zhuǎn)化率為66.7%（計算結(jié)果保留小數(shù)點后一位）；
（3）25℃時，將a mol NH₄NO₃溶于水，溶液呈酸性，原因NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用離子方程式表示）．向該溶液中加入bL氨水后溶液呈中性，則所加氨水的濃度為$\frac{a}{200b}$mol/L（用含a、b的代數(shù)式表示，NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)為K_b=2×10^-5）
（4）如圖所示，裝置Ⅰ為甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），通過裝置Ⅱ?qū)崿F(xiàn)鐵棒上鍍銅．電鍍一段時間后，裝置Ⅰ中溶液的pH變小（填“變大”、“變小”或“不變”），a極電極反應(yīng)方程式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；若電鍍結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)裝置Ⅱ中陰極質(zhì)量變化了25.6g（溶液中硫酸銅有剩余），則裝置Ⅰ中理論上消耗甲烷2.24L（標準狀況下）．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律解答，從待求反應(yīng)出發(fā)，分析待求反應(yīng)中的反應(yīng)物和生成物在已知反應(yīng)中的位置，通過相互加減可得；
（2）①達到化學(xué)平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各個組分的濃度不隨時間的改變而改變，據(jù)此確定是否達到平衡；
②增大壓強，化學(xué)反應(yīng)速率加快，根據(jù)體積分數(shù)結(jié)合三行式計算即可；
（3）NH₄NO₃溶于水，銨根離子水解導(dǎo)致溶液呈酸性，即NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，c（NH₄⁺）=c（3）銨根離子水解導(dǎo)致溶液顯示酸性，根據(jù)溶液中的電荷守恒結(jié)合溶液顯示中性的條件以及電離平衡常數(shù)表達式來計算；
（4）甲烷堿性燃料電池中，消耗氫氧化鉀，鐵棒上鍍銅，陰極上的電極反應(yīng)是：Cu²⁺+2e^-=Cu，根據(jù)電極反應(yīng)結(jié)合電子守恒來計算．

解答 解：（1）已知：①O₂（g）=O₂⁺（g）+e^-△H₁=+1175.7kJ•mol^-1
②PtF₆（g）+e^-=PtF₆^-（g）△H₂=-771.1kJ•mol^-1
③O₂+PtF₆^-（s）=O₂⁺（g）+PtF₆^-（g）△H₃=+482.2kJ•mol^-1
反應(yīng)O₂（g）+PtF₆（g）=O₂⁺PtF₆^-（s）可以是①+②-③得到，該反應(yīng)的焓變△H=（+1175.7kJ•mol^-1）+（-771.1kJ•mol^-1）-482.2kJ•mol^-1=-77.6kJ•mol^-1，
故答案為：O₂（g）+PtF₆（g）=O₂+PtF₆^-（s）△H=-77.6kJ•mol^-1；
（2）①a．氮氣氫氣合成氨氣的反應(yīng)是反應(yīng)前后系數(shù)和減小的反應(yīng)，體系的壓強保持不變，證明達到了平衡狀態(tài)，故a正確；
b、混合氣體的質(zhì)量在前后是守恒的，體積不變，密度始終保持不變，所以密度不變化學(xué)反應(yīng)不一定平衡，故b錯誤；
c、N₂和H₂的體積比為1：3，化學(xué)反應(yīng)不一定平衡，故c錯誤；
 d．混合氣體質(zhì)量前后是守恒的，物質(zhì)的量變化，所以混合氣體的平均摩爾質(zhì)量會變化，當M不變，證明達到了平衡，故d正確．
故選：a d；
 ②增大壓強，化學(xué)反應(yīng)速率加快，根據(jù)圖示內(nèi)容知道，B的壓強較大，所以v_A（NH₃）＜v_B（NH₃），合成氨的反應(yīng)是放熱的，所以溫度升高，速率加快，反應(yīng)的平衡常數(shù)減小，因為A點溫度低，所以k_A＞k_B，在250℃、1.0×10⁴kPa下達到平衡，氨氣的體積分數(shù)是50%，則設(shè)N₂的轉(zhuǎn)化量為x，
            N₂+3H₂?2NH₃，
    初始量：1   3    0
    變化量：x   3x   2x
    平衡量：1-x 3-3x  2x
$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$=50%，解得x=$\frac{2}{3}$，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{3×\frac{2}{3}}{3}$×100%=66.7%，故答案為：＜；＞；66.7．
（3）NH₄NO₃溶于水，銨根離子水解導(dǎo)致溶液呈酸性，即NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=$\frac{a}$mol/L，氨水的Kb=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=2.0×10^-5，
當溶液顯示中性時，c（OH^-）=10^-7mol/L，所以$\frac{a}{200b}$mol/L，故答案為：$\frac{a}{200b}$；
（4）甲烷燃料電池中，消耗氫氧化鉀，所以pH變小，裝置Ⅱ中實現(xiàn)鐵棒上鍍銅，陰極上的電極反應(yīng)是：Cu²⁺+2e^-=Cu，質(zhì)量變化了25.6g即生成銅0.4mol，則電子轉(zhuǎn)移了0.8mol，裝置Ⅰ燃料做負極，負極a極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，轉(zhuǎn)移0.8mol電子，會消耗甲烷0.1mol，即2.24L，
故答案為：變小；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；2.24．

點評 本題涉及電化學(xué)、熱化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的影響因素等知識，注意知識的歸納和整理是關(guān)鍵，綜合性強，難度大．