Question

【題目】碳、氮元素及其化合物與人類的生產生活密切相關，試回答下列有關問題：

（1）NH3極易溶于水，其水溶液俗稱氨水。用水稀釋0.1molL-1的氨水，溶液中隨著水量的增加而減小的是___________（填序號）。

A．B． C．c(H+)c(OH-) D．

（2）NO2可用氨水吸收生成NH4NO3。25℃時，將amolNH4NO3溶于水，溶液顯酸性，原因是______________（用離子方程式表示）。向該溶液中滴加bL氨水后溶液呈中性，則滴加氨水的過程中水的電離平衡將________（填“正向”“不”或“逆向”）移動，所滴加氨水的濃度為________mol/L-1。（NH3·H2O的電離平衡常數為Kb=2×10-5）

（3）以甲烷為燃料的新型電池的成本大大低于以氫氣為燃料的傳統燃料電池，下圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池的工作原理示意圖。

①B電極的反應式為_______________________。

②若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解100 mL 1 mol·L－1的硫酸銅溶液，當兩極收集到的氣體體積相等時，理論上消耗甲烷的體積為_________(標準狀況)。

Answer 1

【答案】BD NH4++H2O NH3·H2O+H+ 逆向 a/200b CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O 1.12 L

【解析】

（1）氨水中存在NH3H2ONH4++OH-，加水稀釋，促進一水合氨的電離，平衡向正方向移動，據此解答；

（2）根據影響平衡的因素分析改變條件對NH4+水解平衡NH4++H2O NH3·H2O+H+的影響；

（3）①根據燃料電池工作原理書寫B電極的反應式；

②根據用惰性電極電解硫酸銅溶液的電極反應，結合電子守恒計算消耗甲烷的體積。

（1）氨水中存在NH3H2ONH4++OH-，加水稀釋，促進一水合氨的電離，平衡向正方向移動，則n（NH4+）、n（OH-）增大，但c（NH4+）、c（OH-）減小，則c（H+）增大；一定溫度下，弱電解質的電離平衡常數不變，水的離子積常數不變；由于Kw不變，c（OH-）減小，c（H+）增大，故減小，由于Kb=不變，c（NH4+）減小，則減小，

故答案為：BD；

（2）NH4NO3溶液中由于NH4+水解，溶液顯酸性，水解反應的離子方程式為NH4++H2O NH3·H2O+H+；滴加氨水后溶液由酸性變為中性，水的電離平衡向逆反應方向移動。

Kb＝，而c(OH－)＝10－7 mol·L－1，則c(NH4+)＝200c(NH3·H2O)，故n(NH4+)＝200n(NH3·H2O)，根據電荷守恒，n(NH4+)＝n(NO3-)＝a，滴加氨水的濃度為mol÷b L＝ mol·L－1，

故答案為：NH4++H2O NH3·H2O+H+ ；逆向；a/200b ；

（3）①B電極失去電子被氧化，做負極，該條件下的電極反應式為：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，

故答案為：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O；
②陰極上先是銅離子得電子，Cu2++2e-=Cu，100mL1mol/L的銅離子得電子物質的量是0.2mol然后是2H++2e-=H2↑；在陽極上是氫氧根離子失電子產生氧氣，4OH--4e-=O2↑+2H2O，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時，假設產生氧氣的物質的量是x，則陰極產生的氫氣的物質的量也是x，根據電子守恒，得到4x=0.2+2x，解得x=0.1mol，即陽極上收集到氧氣的物質的量為0.1mol，則電路中通過的電子的物質的量為40.1mol=0.4mol，

根據燃料電池電極反應式CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，
消耗甲烷的體積為0.4mol22.4L/mol=1.12L，

故答案為：1.12 L。