Question

氮、碳及其化合物有廣泛的用途．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
若有17g氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮?dú)怏w和水蒸氣所放出的熱量為

 

．
（2）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反應(yīng)室（容積為100L），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1

①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H₂表示的平均反應(yīng)速率為

 

．
②圖中的P₁

 

P₂（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時(shí)平衡常數(shù)為

 

．
③該反應(yīng)的△H

 

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（3）氨氣溶于水得到氨水．在25℃下，將a mol?L^-1的氨水與b mol?L^-1的鹽酸等體積混合，反應(yīng)后溶液顯中性，則c（NH⁺₄）

 

（填“＞”、“＜”或“=”）c（Cl^-）；用含a和b的代數(shù)式表示出氨水的電離平衡常數(shù)表達(dá)式

 

．
（4）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2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

 

．在電解池中生成N₂O₅的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來求反應(yīng)的焓變，然后根據(jù)反應(yīng)放出的熱量與物質(zhì)的量成正比；
（2）①根據(jù)c=

△n V

△t

計(jì)算v（H₂）；
②反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），生成物氣體體積大于反應(yīng)物，加壓時(shí)平衡逆向移動(dòng)，壓強(qiáng)越大甲烷轉(zhuǎn)化率越低；依據(jù)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算得到；
③溫度升高時(shí)，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，說明正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
（3）根據(jù)電荷守恒，判斷離子濃度大��；氨水的電離平衡常數(shù)為電離出離子的濃度積與溶質(zhì)濃度的比值；
（4）燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；先根據(jù)化合價(jià)判斷生成N₂O₅的電極，再根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式．

解答： 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，
②N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol，
由蓋斯定律①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=905.2kJ/mol；
則17g 即1mol氨氣經(jīng)催化氧化完全生成一氧化氮?dú)怏w和水蒸氣所放出的熱量為

1

4

×905.2kJ=226.3kJ，
故答案為：226.3kJ；
（2）①100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H₂表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率=

1.5mol 100L

5min

=0.0030 mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.0030 mol?L^-1?min^-1；
②由圖可知溫度相同時(shí)，到達(dá)平衡時(shí)，壓強(qiáng)為P₁的CH₄轉(zhuǎn)化率高，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)平衡向體積增大的方向移動(dòng)，即P₁＜P₂；
CO的起始濃度為

0.2mol

2L

=0.1mol/L，H₂的起始濃度為

0.4mol

2L

=0.2mol/L，由圖2可知，在p₁壓強(qiáng)下，100℃時(shí)，CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，CH₄的濃度變化量為0.1mol/L×0.5=0.05mol/L，則：
              CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．
開始（mol/L）：0.01    0.02      0       0
變化（mol/L）：0.005   0.01     0.005   0.015
平衡（mol/L）：0.005   0.01     0.005   0.015
所以平衡常數(shù)k=

0.005mol/L×0.015mol/L3

0.005mol/L×0.01mol/L

=2.25×10^-4mol²/L²，
故答案為：＜； 2.25×10^-4mol²/L²；
③從圖象分析，溫度升高時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)吸熱，△H＞0，故答案為：＞；
（3）寫出電荷守恒：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），溶液呈中性，即c（H⁺）=c（OH^-），即c（NH）=c（Cl^-）；氨水中的電離常數(shù)為

c(NH4+)?c(H+)

c(NH3?H2O)

=

10-10b

a-b

，故答案為：=；

10-7b

a-b

；
（4）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(jià)是+5價(jià)，而硝酸中氮元素也是+5價(jià)．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⁺．

點(diǎn)評：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)速率的求算、依據(jù)圖象分析平衡移動(dòng)的原因、化學(xué)平衡常數(shù)、及電極反應(yīng)式書寫，考查范圍廣，易錯(cuò)題為（4）題，會(huì)根據(jù)化合價(jià)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．