Question

15．運用化學(xué)反應(yīng)原理研究NH₃的性質(zhì)具有重要意義．請回答下列問題：
（1）利用對苯醌質(zhì)子電池可檢測氨氣，其電池反應(yīng)原理為2NH₃+（對苯醌）═N₂H₄+（對苯酚），N₂H₄的結(jié)構(gòu)式為，該電池正極的電極反應(yīng)式為．
（2）25℃時．將nmol•L^-1的氨水與0.1mol•L^-1的鹽酸等體積混合．
①當(dāng)混合溶液中，c（NH₄⁺）=c（Cl^-）時．則溶液的pH=7．
②當(dāng)混合溶液中，c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）時．則反應(yīng)的情況可能為a．
a．鹽酸不足．氨水剩余　　　　b．氨水與鹽酸恰好完全反應(yīng)　　　　c．鹽酸過量
（3）在0.5L恒容密閉容器中，一定量的N₂與H₂進行反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=bkJ•mol^-1，其化學(xué)平衡常數(shù)K值和溫度的關(guān)系如下：

溫度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

①寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達式：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，b小于（填“大于”、“小于”或“等于”）0．
②400℃時，測得某時刻氨氣、氮氣、氫氣的物質(zhì)的量分別為3mol、2mol、1mol時，此時刻該反應(yīng)的v_正（N₂）小于（填“大于”、“小于”或“等于”）v_逆（N₂）．
（4）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=180.5kJ•mol^-1
寫出氨高溫催化氧化的熱化學(xué)方程式4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8KJ/mol．

Answer 1

分析 （1）肼相當(dāng)于氨氣分子中一個氫原子被氨基取代；該電池正極上得到電子生成；
（2）①根據(jù)電荷守恒及c（Cl^-）=c（NH₄⁺）判斷溶液中氫離子濃度和氫氧根離子濃度相對大小，從而確定溶液的酸堿性，得出正確結(jié)論；
②根據(jù)電荷守恒及c（Cl^-）＜c（NH₄⁺）判斷溶液中氫離子濃度和氫氧根離子濃度相對大小，從而確定溶液的酸堿性，得出正確結(jié)論；
（3）①根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，書寫平衡常數(shù)表達式，分析平衡常數(shù)隨溫度變化，結(jié)合平衡移動原理分析反應(yīng)熱量變化情況；
②依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)的比較，判斷反應(yīng)進行的方向；
（4）①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1，
利用蓋斯定律進行計算，由①+2×②得出正確結(jié)論．

解答 解：（1）肼中相當(dāng)于氨氣分子中一個氫原子被氨基取代，所以肼的結(jié)構(gòu)式為；
該電池正極上得到電子生成，電極反應(yīng)式為：，

故答案為：；；
（2）①根據(jù)電荷守恒得：c（Cl^-）+c（OH^-）=c（NH₄⁺）+c（H⁺），溶液中c（Cl^-）=c（NH₄⁺），所以c（OH^-）=c（H⁺），所以溶液呈中性，即pH=7，
故答案為：7；
②根據(jù)電荷守恒得：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-），當(dāng)c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）時，則c（H⁺）＜c（OH^-），溶液呈堿性；
a．鹽酸不足，氨水剩余，溶液顯堿性，與題意相符，故a可選；
b．氨水與鹽酸恰好反應(yīng)，生成氯化銨，銨根離子水解顯酸性，與題意不符，故b不選；
c．鹽酸過量，溶液呈酸性，與題意不符，故c不選；
故答案為：a；
（3）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=bkJ•mol^-1，平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
由表中數(shù)據(jù)可知：平衡常數(shù)隨溫度升高而減小，說明升高溫度，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應(yīng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故b小于0，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；小于；
②400°C N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的K=0.5，400℃時，測得氨氣、氮氣、氫氣的物質(zhì)的量分別為3mol、2mol、1mol時，濃度分別為$\frac{3}{0.5}$=6mol/L，$\frac{2}{0.5}$=4mol/L，$\frac{1}{0.5}$=2mol/L，Qc=$\frac{{6}^{2}}{4×{2}^{3}}$=1.1＞K，說明平衡逆向進行，v_正（N₂）＜v_逆（N₂）；
故答案為：小于；
（4）①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1，
由①+2×②可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=（-1266.8kJ•mol^-1）+（+180.5kJ•mol^-1）=-905.8KJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8KJ/mol．

點評 本題考查的知識點較多，涉及結(jié)構(gòu)式、電極反應(yīng)式的書寫，溶液中離子濃度大小的判斷，平衡常數(shù)的計算和化學(xué)平衡移動原理，以及蓋斯定律的應(yīng)用，綜合性較強，濃度較大．要注意掌握根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)的比較，判斷反應(yīng)進行的方向，題目難度中等．