Question

（14分）运用化学反应原理分析解答以下问题
（1）已知： ①CO(g)+2H₂(g)  CH₃OH(g)              △Hl= －91kJ·mol^－l
②2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) △H2= －24 kJ·mol^－l                ③CO(g) +H₂O(g)  CO₂(g)+H₂(g)       △H3= －41 kJ·mol^－l
且三个反应的平衡常数依次为K₁、K₂、K₃
    则反应 3CO(g) +3H₂(g)       CH₃OCH₃(g) +CO₂(g) △H=               .
化学平衡常数K=        （用含K₁、K₂、K₃的代数式表示）。
（2）一定条件下，若将体积比为1:2的CO和H₂气体通入体积一定的密闭容器中发生反应
         3CO(g) +3H₂(g)      CH₃OCH₃(g) +CO₂(g)，下列能说明反应达到平衡状态是         。
a．体系压强保持不变    B．混合气体密度保持不变
c． CO和H2的物质的量保持不变       d．CO的消耗速度等于CO₂的生成速率
（3）氨气溶于水得到氨水。在25℃下，将x mol．L^－l的氨水与y mol．L^－1的盐酸等体积混合，反应后溶液显中性，则c(NH₄⁺)____c（Cl^－）（填“>”、“<”、“=”）；用含x和y的代数式表示出氨水的电离平衡常数             .
（4）科学家发明了使NH₃直接用于燃料电池的方法，其装置用铂黑作电极、加入电解质溶液中，一个电极通入空气，另一电极通入NH₃。其电池反应式为：4NH₃+3O₂ = 2N₂+6H₂O，电解质溶液应显           （填“酸性”、“中性”、“碱性”），
写出正极的电极反应方程式                .

Answer 1

（每空2分，共14分）
(1)-247KJ·mol^－１　　　K₁²·K₂·K₃
      (2)a·c
(3) =     K=  mol·L^-1
      (4)碱性     O₂+2H₂O+4e^－＝4OH^－

试题分析：（1）根据盖斯定律得3CO(g) +3H₂(g) CH₃OCH₃(g) +CO₂(g) △H=①×2+②+③=△Hl×2+△H2+△H3=-247KJ·mol^－１，平衡常数K= K₁²·K₂·K₃
（2）a、容器体积固定，3CO(g) +3H₂(g) CH₃OCH₃(g) +CO₂(g)是反应前后气体压强发生改变的可逆反应，所以体系压强保持不变时达平衡状态，正确；b、容器体积固定，根据质量守恒定律，得气体的密度始终不变，所以不能作为平衡状态到达的标志，错误；c、反应开始时，CO和H2的物质的量一直减少，当CO和H2的物质的量保持不变，不再减少时证明已达平衡状态，正确；d、CO的消耗速率任何状态都不等于CO₂的生成速率，错误，答案选ac；
（3）根据电荷守恒定律，盐酸与氨水混合后的溶液显中性，则c(H^＋)=c（OH^－），c(Cl^-)+ c（OH^－）=c(NH₄⁺)+c(H^＋)，所以c(Cl^-)=c(NH₄⁺)；在25℃下，中性溶液中c(H^＋)= c（OH^－）=1×10^-7mol/L，若盐酸与氨水的浓度相等，则等体积混合后生成氯化铵溶液显酸性，而实际溶液显中性，说明氨水的浓度大于盐酸的浓度，氨水过量，设二者的体积均为1L，与盐酸反应完剩余氨水的物质的量（x-y）mol，一水合氨的浓度为（x-y）/2mol/L，c(NH₄⁺)=c(Cl^-)=y/2mol/L，则氨水的电离平衡常数K= c（OH^－）c(NH₄⁺)/ c(NH₃·H₂O)= 1×10^-7mol/L×y/2mol/L/（x-y）/2mol/L= mol·L^-1，
（4）根据电池反应式为：4NH₃+3O₂ =2N₂+6H₂O，判断氨气发生氧化反应，氧气发生还原反应，氨气失电子成为氮气和氢离子，所以电解质溶液应显碱性，产物中才能生成水；因为电解质溶液为碱性，所以正极是氧气的还原反应，氧气得电子与水结合生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^－＝4OH^－