Question

運用化學反應原理研究NH₃的性質具有重要意義。請回答下列問題：
（1）氨氣、空氣可以構成燃料電池．其電池反應原理為4NH₃＋3O₂=2N₂＋6H₂O。則電解質溶液應該顯             （填“酸性”“中性”或“堿性”）．正極的電極反應式為           。
（2）25℃時．將amol·L^—1的氨水與0.1mol·L^—1的鹽酸等體積混合。
①當溶液中離子濃度關系滿足c(NH₄⁺)>c(Cl^-)）時．則反應的情況可能為          。
A．鹽酸不足．氨水剩余   B．氨水與鹽酸恰好完全反應    C．鹽酸過量
②當溶液中c(NH₄⁺)=c(Cl^-)）時．用含“a”的代數式表示NH₃·H₂O的電離平衡常數Kb=______________.
（3）在0.5L恒容密閉容器中，一定量的N₂與H₂進行反應：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)  ?H=bkJ/mol，其化學平衡常數K與溫度的關系如下：

溫度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

 
①寫出該反應的化學平衡常數的表達式：__________，b________（填“大于”“小于”或“等于”）0
②400℃時，測得某時刻氨氣、氮氣、氫氣的物質的量分別為3mol、2mol、1mol時，此時刻該反應的v_正（N₂）_________（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" ；②N₂(g)＋O₂(g)=2NO(g)  ?H=+180.5KJ/mol，寫出氨高溫催化氧化的熱化學方程式：                    。

Answer 1

（1）堿性；O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－   （2）①A  ② mol·L^－1（或）
（3）①K＝；小于   ②小于
（4）4NH₃（g）＋5O₂（g）=4NO（g）＋6H₂O（g）ΔH＝－905.8 kJ/mol

試題分析：（1）氨氣的水溶液顯堿性，所以根據燃料及反應原理可確定。電解質溶液應該選堿性。在該燃料電池中，燃料作負極，發生氧化反應，通入O₂的電極作正極，正極上發生還原反應。電極反應為：O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－。（2）① 若氨水與鹽酸恰好發生反應，c(Cl^-)=c(NH₄⁺)。NH₄⁺部分發生水解反應又有所消耗，使得溶液中的c(NH₄⁺)<c(Cl^-)。現在溶液中離子濃度關系滿足c(NH₄⁺)>c(Cl^-)），說明氨水過量，鹽酸布足量。因此正確選項為A. ② 根據溶液的電荷守恒可得：c(H⁺)+c(NH₄⁺)=c(Cl^-)+(OH^-)，由于溶液中c(NH₄⁺)=c(Cl^-)，在25℃時c(H⁺)= (OH^-)=10^-7mol/L，。(3) ① 化學平衡常數是可能反應達到平衡狀態時個生成物的濃度冪指數的乘積與個反應物濃度的冪指數乘積的比。即K＝。由化學平衡常數K與溫度的關系可知，升高溫度，化學平衡向逆反應方向移動。根據平衡一定原理，升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動，逆反應方向為吸熱反應，所以正反應為放熱反應。所以b<0. ②400℃時c(NH₃)=6mol/L,c(N₂)=4mol/Lc(H₂)="2mol/L." =>0.5,所以化學平衡向逆反應方向移動。即此時刻該反應的v_正（N₂）<v_逆（N₂）. ①+②×2，整理可得：4NH₃（g）＋5O₂（g）=4NO（g）＋6H₂O（g）ΔH＝－905.8 kJ/mol。