Question

8．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用．請回答下列問題．
（1）如圖是1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成CO₂和NO過程中能量變化示意圖（圖中涉及物質(zhì)為氣態(tài)），請寫出NO₂和CO反應(yīng)的熱化學(xué)方程式NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1．
（2）在體積為3L的恒容密閉容器中，投入4molN₂和9molH₂，在一定條件下合成氨，不同溫度下測得的數(shù)據(jù)如表所示：

溫度（K）	平衡時NH3的物質(zhì)的量（mol）
T1	2.4
T2	2.0

已知：破壞1molN₂（g）和3molH₂（g）中的化學(xué)鍵消耗的總能量小于破壞2molNH₃（g）中的化學(xué)鍵消耗的能量．
①則T₁＜T₂ （填“＞”“＜”或“=”）
②在T₂K下，經(jīng)過5min達到化學(xué)平衡狀態(tài)，則0～5min內(nèi)H₂的平均速率v（H₂）=0.2mol•L^-1•min^-1．
平衡時N₂的轉(zhuǎn)化率α（N₂）=25%．若再增加氫氣濃度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)將不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池，放電過程中，溶液中NH₄⁺濃度逐漸增大，寫出該電池的正極反應(yīng)式：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺．
（4）已知室溫下當(dāng)NH₄Cl溶液的濃度小于0.1mol/L時，其pH＞5.1．現(xiàn)用0.1mol/L的鹽酸滴定10mL0.05mol/K的氨水，用甲基橙做指示劑達到終點時所用鹽酸的量應(yīng)是大于5mL．（填“大于”、“小于”或“等于”），此時溶液中離子濃度大小順序為c （Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱等于=正反應(yīng)的活化能減去逆反應(yīng)的活化能，由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，根據(jù)熱化學(xué)方程式書寫原則進行書寫；
（2）破壞1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化學(xué)鍵消耗的總能量小于破壞2mol NH₃（g）中的化學(xué)鍵消耗的能量，則合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
①由表格數(shù)據(jù)可知，T₁對應(yīng)的氨氣平衡時物質(zhì)的量大，則T₁的溫度低；
②T₂K下，經(jīng)過10min達到化學(xué)平衡狀態(tài)，則根據(jù)三段式結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$及轉(zhuǎn)化率計算；平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)溫度不變平衡常數(shù)不變；
（3）正極發(fā)生還原反應(yīng)，氮氣在正極得到電子，酸性條件下生成NH₄⁺；
（4）按照酸堿恰好中和反應(yīng)進行計算，可知需消耗鹽酸體積為5ml，依據(jù)題干信息可知，此時溶液PH值大于5.1，而甲基橙的變色范圍在3.1-4.4范圍，不變色，故應(yīng)繼續(xù)向其中滴加鹽酸方可發(fā)生變色，NH₄Cl為強酸弱堿鹽，NH₄⁺水解導(dǎo)致溶液呈酸性，根據(jù)電荷守恒判斷離子濃度大�。�

解答 解：（1）反應(yīng)熱等于=正反應(yīng)的活化能減去逆反應(yīng)的活化能，由圖可知，1mol NO₂和1mol CO反應(yīng)生成CO₂和NO放出熱量368-134=234kJ，反應(yīng)熱化學(xué)方程式為NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1，
故答案為：NO₂（g）+CO（g）=NO（g）+CO₂（g）△H=-234 kJ•mol^-1；
（2）破壞1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化學(xué)鍵消耗的總能量小于破壞2mol NH₃（g）中的化學(xué)鍵消耗的能量，則合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
①由表格數(shù)據(jù)可知，T₁對應(yīng)的氨氣平衡時物質(zhì)的量大，則T₁的溫度低，則T₁＜T₂，
故答案為：＜；
②T₂K下，經(jīng)過5min達到化學(xué)平衡狀態(tài)，則
        N₂+3 H₂?2NH₃，
開始 4      9        0
轉(zhuǎn)化 1     3         2
平衡 3     6         2
v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{3mol}{3L}}{5min}$=0.2mol•L^-1•min^-1，
平衡時N₂的轉(zhuǎn)化率α（N₂）=$\frac{1}{4}$×100%=25%，平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，若再增加氫氣濃度，溫度不變平衡常數(shù)不變，
故答案為：0.2mol•L^-1•min^-1；25%；不變；
（3）以N₂、H₂為電極反應(yīng)物，以HCl-NH₄Cl溶液為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氮氣在正極得到電子，酸性條件下生成NH₄⁺，正極電極反應(yīng)為N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺，
故答案為：N₂+8H⁺+6e^-═2NH₄⁺；
（4）按照酸堿恰好中和反應(yīng)：HCl+NH₃•H₂0=NH₄Cl+H₂0進行計算，可知滴定10mL0.05mol/L氨水需消耗0.1mol/L鹽酸體積為5ml，依據(jù)題干信息可知，此時溶液PH值大于5.1，而甲基橙的變色范圍在3.1-4.4范圍，不變色，故應(yīng)繼續(xù)向其中滴加鹽酸方可發(fā)生變色，所以終點時所用鹽酸的量應(yīng)大于5mL，NH₄Cl為強酸弱堿鹽，NH₄⁺水解導(dǎo)致溶液呈酸性，即c（OH^-）＜c（H⁺），根據(jù)電荷守恒得c（Cl^-）＞c（NH₄⁺），所以離子濃度大小順序是c（Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案為：大于；  c （Cl^-）＞c（NH₄⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

點評 本題考查化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計算、酸堿中和反應(yīng)、離子濃度大小比較，題目難度中等，注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握，注意圖象的分析應(yīng)用，化學(xué)平衡的知識是該題的難點．