Question

氫氣和氨氣都屬于無碳清潔能源．
（1）鎳氫堿性充電電池被譽為“綠色化學(xué)電源”，放、充電時的反應(yīng)：2NiOOH+H₂

充電

放電

2Ni（OH）₂．放電時，正極的電極反應(yīng)式為

NiOOH+e^-+H₂O=Ni（OH）₂+OH^-

，充電時，該電極應(yīng)與電源的

正

（填“正”或“負”）極相連．
（2）氨在空氣中燃燒，生成水和氮氣．已知：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）；△H=-572kJ?mol^-1
則氨在空氣中燃燒生成液態(tài)水和氮氣時的熱化學(xué)方程為：

4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1531.2kJ?mol^-1

．
（3）研究表明工業(yè)上合成氨反應(yīng) （N₂+3H₂

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃） 在25℃、400℃的平衡常數(shù)分別為5×10⁵和200．
①合成氨是

放熱

反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
②合成氨選擇400～500℃的原因是：

加快反應(yīng)速率，催化劑活性最大

．
③在容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下表中為各物質(zhì)在不同時刻的濃度．

時間/min	c（N2）/mol?L-1	c（H2）/mol?L-1	c（NH3）/mol?L-1
0	0.6	1.8	0
5	0.48	X	0.24
10	0.26	0.78	0.68

0～5min，H₂的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

0.072mol/L．min

．反應(yīng)在5分鐘時，條件發(fā)生了改變，改變的條件可能是

a

（填序號）．
a．使用催化劑       b．降低溫度       c．增加氫氣的濃度        d．分離出NH₃
（4）在-50℃時，液氨中存在電離平衡NH₃（l）?NH₄⁺+NH₂^-，離子積常數(shù)
K=c（NH₄⁺）?c（NH₂^-）．若一定條件下，平衡時c（NH₂^-）=1×10^-15mol?L^-1，
下列說法正確的是：
a．在液氨中加入NaNH₂，液氨的離子積常數(shù)增大
b．此溫度下液氨的離子積常數(shù)為1×10^-30
c．液氨在-50℃的電離程度比常溫下純水的大．

Answer 1

分析：（1）放電時，該裝置是原電池，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，充電時，該電極應(yīng)與電源的正極相連；
（2）根據(jù)蓋斯定律進行判斷；
（3）①升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，再結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)確定正反應(yīng)的焓變；
②溫度越高，反應(yīng)速率越快，再結(jié)合催化劑活性進行分析；
③先計算氮氣的反應(yīng)速率，再根據(jù)氮氣和氫氣之間的關(guān)系計算氫氣的反應(yīng)速率；先計算5min時氫氣的濃度，根據(jù)氮氣、氫氣和氨氣濃度變化確定反應(yīng)條件；
（4）a．離子積常數(shù)只與溫度有關(guān)；
b．K=c（NH₄⁺）?c（NH₂^-）；
c．根據(jù)水的電離程度確定液氨的電離程度．

解答：解：（1）放電時，正極上NiOOH得電子和水反應(yīng)生成氫氧化鎳和氫氧根離子，電極反應(yīng)式為：NiOOH+e^-+H₂O=Ni（OH）₂+OH^-，充電時，該電極應(yīng)與電源的正極相連，
故答案為：NiOOH+e^-+H₂O=Ni（OH）₂+OH^-，正；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ?mol^-1①
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）；△H=-572kJ?mol^-1②
將方程式②×3-①×2得目標(biāo)方程式，4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1531.2kJ?mol^-1，
故答案為：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；△H=-1531.2kJ?mol^-1；
（3）①升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
②溫度越高，反應(yīng)速率越大，且在400～500℃時催化劑活性最大，所以選擇400～500℃，
故答案為：加快反應(yīng)速率，催化劑活性最大；
③0～5min，N₂的平均反應(yīng)速率v（N₂）=

(0.6-0.48)mol/L

5min

=0.024mol/L．min，v（H₂）=3v（N₂）=0.072mol/Lmin，5-10min，氮氣濃度的改變量大于前5min的改變量，說明反應(yīng)速率增大，氮氣的濃度在逐漸降低而反應(yīng)速率在增大，那么改變的條件只能是加入催化劑，故選a，
故答案為：0.072mol/Lmin，a；
 （4）a．離子積常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，離子積常數(shù)不變，故a錯誤；
b．此溫度下c（NH₄⁺）=c（NH₂^-）=1×10^-15mol?L^-1，K=1×10^-30（mol?L^-1）²，故b正確；
c．液氨在-50℃的電離程度比常溫下純水的小，故c錯誤；
故選b．

點評：本題考查原電池原理、蓋斯定律、化學(xué)平衡等知識點，會運用知識遷移的方法解答（4），難度不大．