Question

13．利用N₂和H₂可以實現(xiàn)NH₃的工業(yè)合成，而氨又可以進(jìn)一步制備硝酸，在工業(yè)上一般可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)．請回答下列問題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）  2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
寫出氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮氣體和水蒸氣的熱化學(xué)方程式為4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol．
（2）N₂O₅是一種新型硝化劑，其性質(zhì)和制備受到人們的關(guān)注．
現(xiàn)以H₂、O₂、熔融鹽Na₂CO₃組成的燃料電池，采用電解法制備N₂O₅，裝置如圖所示，其中Y為CO₂．

寫出石墨I(xiàn)電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式H₂+CO₃^2---2e^-=CO₂+H₂O．
在電解池中生成N₂O₅的電極反應(yīng)式為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
（3）以甲醇燃料電池為電源，用惰性電極電解飽和NaCl溶液時，每消耗0.2mol CH₃OH，陰極產(chǎn)生標(biāo)況下氣體的體積為13.44L．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)已知熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算，由蓋斯定律①×2-②×2+③×3得得到反應(yīng)的焓變，寫出對應(yīng)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極上燃料失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水；先根據(jù)化合價判斷生成N₂O₅的電極，N₂O₅中氮元素的化合價是+5價，而硝酸中氮元素也是+5價．因此應(yīng)該在左側(cè)生成N₂O₅，即在陽極區(qū)域生成，再根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式；
（3）用惰性電極電解飽和NaCl溶液時，CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，每消耗0.2mol CH₃OH，轉(zhuǎn)移電子1.2mol，陰極電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，電子轉(zhuǎn)移為1.2mol，反應(yīng)的氫氣物質(zhì)的量為0.6mol，據(jù)此計算標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積．

解答 解：（1）N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol ①
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol ②
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol ③
由蓋斯定律①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=905.0kJ/mol；
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol；
（2）燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；
N₂O₅中氮元素的化合價是+5價，而硝酸中氮元素也是+5價．因此應(yīng)該在左側(cè)生成N₂O₅，即在陽極區(qū)域生成，據(jù)電極反應(yīng)離子放電順序可知：陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑的反應(yīng)，則陽極為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案為：H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺；
（3）用該電池作電源，用惰性電極電解飽和NaCl溶液時，CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，每消耗0.2mol CH₃OH，轉(zhuǎn)移電子1.2mol，陰極電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，產(chǎn)生標(biāo)況下氣體的體積=0.6mol×22.4L/mol=13.44L；
故答案為：13.44；

點評 本題主要考查了蓋斯定律、電解池的工作原理知識，原電池原理分析與計算，難度中等，會根據(jù)化合價的變化確定生成N₂O₅的電極，根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鱿鄳?yīng)的電極反應(yīng)式，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵．