Question

2．用途廣泛，是最重要的化工產品之一，請回答下列問題：
（1）以甲烷為原料可制得合成氨氣用的氫氣．圖1是一定溫度、壓強下，CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO（g）和1mol H₂（g）的能量變化示意圖，寫出該反應的熱化學方程式CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁）kJ/mol（△H用E₁、E₂、E₃表示）．

（2）已知合成氨反應的平衡常數(shù)K值和溫度的關系如下：

溫度/℃	200	300	400
K	1.0	0.68	0.5

①由上表數(shù)據可知該反應為放熱反應，理由是溫度升高，平衡常數(shù)減�。�
②400°C時，測得某時刻氨氣、氮氣、氫氣的物質的量濃度分別為3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1時，此時刻該反應的v_正（N₂）＜v_逆（N₂）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）①在25℃下，將a mol•L^-1的氨水與0.1mol•L^-1的鹽酸等體積混合，當溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），用含a的代數(shù)式表示NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{1{0}^{-8}}{a-0.1}$；
②向25mL 0.10mol•L^-1的鹽酸中滴加氨水至過量，該過程中離子濃度大小關系一定不正確的是d（填字母序號）．
a．c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-）        b．c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）=c（H⁺）＞c（OH^-）
c．c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）        d．c（OH^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（Cl^-）
（4）瑞典ASES公司設計的曾用于驅動潛艇的液氨-液氧燃料電池示意圖如圖2所示，電極1發(fā)生的電極反應式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據圖示信息，反應物的能量低于產物的能量，所以反應是吸熱反應，反應熱等于產物的能量和反應物的能量之差，據此回答；
（2）①分析圖表，溫度升高k變小，說明反應逆向移動，正反應為放熱反應；
②計算400°C時，某時刻氨氣、氮氣、氫氣的物質的量濃度分別為3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1時的濃度商QC，與k比較可得；
（3）①在25℃下，平衡時溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，根據物料守恒得c（NH₃•H₂O）=（0.5a-0.005）mol/L，根據電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$；
②a、滴加很少量氨水時，c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-）；   
b、鹽酸稍稍過量時：c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）=c（H⁺）＞c（OH^-）；
c、體系為NH₄Cl溶液和NH₃．H₂O，氨水過量較多時，溶液呈堿性：c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺）；
d、鹽酸是1：1的電離氫離子，氫離子被氨水中和一部分，所以c（H⁺）不可能大于 c（Cl^-）；
（4）分析電極1NH₃生成N₂，氮元素化合價升高，說明失電子，再結合電解液寫．

解答 解：（1）根據圖示信息，反應物的能量低于產物的能量，所以反應是吸熱反應，反應熱等于產物的能量和反應物的能量之差，即CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁）kJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁）kJ/mol；
（2）①）①分析圖表，溫度升高k變小，說明反應逆向移動，正反應為放熱反應；
故答案為：溫度升高，平衡常數(shù)減��；
②400°C時，k=0.5氨氣、氮氣、氫氣的物質的量濃度分別為3mol•L^-1、2mol•L^-1、1mol•L^-1時的濃度商QC=$\frac{3^2}{2×1^3}$=4.5＞0.5，此時反應正向著逆方向進行；
故答案為：＜；
（3）①在25℃下，平衡時溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，根據物料守恒得c（NH₃．H₂O）=（0.5a-0.005）mol/L，根據電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}×0.005}{0.5a-0.005}$=$\frac{1{0}^{-8}}{a-0.1}$；
故答案為：$\frac{{{{10}^{-8}}}}{a-0.1}$；
②a、滴加很少量氨水時，c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-），故a正確；   
b、鹽酸稍稍過量時：c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）=c（H⁺）＞c（OH^-）故b正確；
c、體系為NH₄Cl溶液和NH₃．H₂O，氨水過量較多時，溶液呈堿性：c（NH₄⁺）＞c（OH^-）＞c（Cl^-）＞c（H⁺），故c正確；
d、鹽酸是1：1的電離氫離子，氫離子被氨水中和一部分，所以c（H⁺）不可能大于 c（Cl^-），故d錯誤；
故答案為：d；
（4）電極1NH₃生成N₂，氮元素化合價升高，說明失電子，電解質溶液為堿性電子，所以電極1的電極反應式為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂↑+6H₂O；
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂↑+6H₂O．

點評 本題考查了反應熱的計算、化學平衡問題、離子濃度大小的比較、燃料電池電極反應式的書寫，綜合性很強，明確溶液中的溶質是離子濃度大小比較的基礎，注意結合電荷守恒來分析解答．