Question

13．運用化學反應(yīng)原理研究NH₃的性質(zhì)具有重要意義．請回答下列問題：
（1）已知：
①NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.5kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
寫出氨高溫催化氧化生成NO的熱化學方程式4NH₃（g）+5O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5KJ/mol．
（2）氨氣、空氣可以構(gòu)成燃料電池，其電池反應(yīng)原理為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．已知電解質(zhì)溶液為KOH溶液，則負極的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O．
（3）合成氨技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑，其研究來自正確的理論指導，合成氨反應(yīng)的化學平衡常數(shù)K值和溫度的關(guān)系如表：

溫度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

①由上表數(shù)據(jù)可知該反應(yīng)的△H＜ 0 填“＞”、“＜”或“=”）；
②理論上，為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是AD（選填字母）；
A．增大壓強    B．使用合適的催化劑   C．升高溫度  D．及時分離出產(chǎn)物中的NH₃
③400℃時，測得某時刻氨氣、氮氣、氫氣的物質(zhì)的量濃度分別為3mol•L^-1、2mol•L^-1、l mol•L^-1，此時刻該反應(yīng)的V正（N₂）=＜ V逆（N₂）．（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）已知25℃時，K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×l0^-38，K_sp[Al（OH）₃]=4.0×l0^-34，當溶液中的金屬離子濃度小于1.0×10^-5mol•L^-1時，可以認為沉淀完全．在含F(xiàn)e³⁺、A1³⁺的濃度均為1.05mol•L^-1的溶液中加入氨水，當Fe³⁺完全沉淀時，A1³⁺沉淀的百分數(shù)70%．

Answer 1

分析 （1）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1266.5kJ/mol；
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mol，利用蓋斯定律可求知反應(yīng)熱；根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積計算；
（2）氨氣可以構(gòu)成燃料電池，其電池反應(yīng)原理為4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．氨分子中氮元素的化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)通入燃料電池的負極，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，負極的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O；
（3）①溫度升高，向吸熱方向進行，由圖象得，平衡常數(shù)減小，故逆向進行，故逆反應(yīng)吸熱，則正反應(yīng)放熱，△H＜0；
②為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進行分析選項；
③依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較得到反應(yīng)進行的方向；
（4）當Fe³⁺完全沉淀時，即c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×l{0}^{-38}}{1.0×l{0}^{-5}}}$=1.0×10^-11，因為K_sp[Al（OH）₃]=4.0×l0^-34，故c（Al³⁺）=$\root{3}{\frac{Ksp[Al（OH）_{3}]}{c（O{H}^{-}）}}$=$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-34}}{（1.0×1{0}^{-11}）^{3}}}$=0.735，故w=$\frac{0.735}{1.05}$×100%=70%，據(jù)此進行分析．

解答 解：（1）由①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.5kJ/mol，
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，
利用蓋斯定律①-2×②可得：4NH₃（g）+5O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5KJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5KJ/mol；
（2）氨氣可以構(gòu)成燃料電池，其電池反應(yīng)原理為4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．氨分子中氮元素的化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)通入燃料電池的負極，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，負極的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O；
（3）①溫度升高，向吸熱方向進行，由圖象得，平衡常數(shù)減小，故逆向進行，故逆反應(yīng)吸熱，則正反應(yīng)放熱，△H＜0，
故答案為：＜；
③反應(yīng)是N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進行分析，
A．增大壓強，平衡正向進行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故A符合；
B．使用合適的催化劑，改變反應(yīng)速率，不能改變平衡，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故B不符合；
C．升高溫度平衡逆向進行，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故C不符合；
D．及時分離出產(chǎn)物中的NH₃，平衡正向進行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故D符合；
故答案為：AD；
③Qc=$\frac{{3}^{2}}{2×{1}^{3}}$=4.5＞K=0.5，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，因此v_正（N₂）＜v_逆（N₂），
故答案為：＜；
（4）當Fe³⁺完全沉淀時，即c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×l{0}^{-38}}{1.0×l{0}^{-5}}}$=1.0×10^-11，因為K_sp[Al（OH）₃]=4.0×l0^-34，故c（Al³⁺）=$\root{3}{\frac{Ksp[Al（OH）_{3}]}{c（O{H}^{-}）}}$=$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-34}}{（1.0×1{0}^{-11}）^{3}}}$=0.735，故w=$\frac{0.735}{1.05}$×100%=70%，
故答案為：70%．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫、燃料電池電極反應(yīng)式的書寫、化學平衡問題、濃度熵與平衡常數(shù)，綜合性很強，題目難度較大．