Question

氮、碳及其化合物有广泛的用途．请回答下列问题：
（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氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气所放出的热量为

 

．
（2）将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．CH₄的转化率与温度、压强的关系如图1

①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示的平均反应速率为

 

．
②图中的P₁

 

P₂（填“＜”、“＞”或“=”），100℃时平衡常数为

 

．
③该反应的△H

 

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（3）氨气溶于水得到氨水．在25℃下，将a mol?L^-1的氨水与b mol?L^-1的盐酸等体积混合，反应后溶液显中性，则c（NH⁺₄）

 

（填“＞”、“＜”或“=”）c（Cl^-）；用含a和b的代数式表示出氨水的电离平衡常数表达式

 

．
（4）N₂O₅是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注．现以H₂、O₂、熔融盐Na₂CO₃组成的燃料电池，采用电解法制备N₂O₅，装置如图2示，其中Y为CO₂．写出石墨I电极上发生反应的电极反应式

 

．在电解池中生成N₂O₅的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）根据盖斯定律来求反应的焓变，然后根据反应放出的热量与物质的量成正比；
（2）①根据c=

△n V

△t

计算v（H₂）；
②反应CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），生成物气体体积大于反应物，加压时平衡逆向移动，压强越大甲烷转化率越低；依据平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到；
③温度升高时，甲烷的转化率增大，说明正反应是吸热反应；
（3）根据电荷守恒，判断离子浓度大小；氨水的电离平衡常数为电离出离子的浓度积与溶质浓度的比值；
（4）燃料原电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；先根据化合价判断生成N₂O₅的电极，再根据离子的放电顺序写出电极反应式．

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，
由盖斯定律①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=905.2kJ/mol；
则17g 即1mol氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气所放出的热量为

1

4

×905.2kJ=226.3kJ，
故答案为：226.3kJ；
（2）①100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示该反应的平均反应速率=

1.5mol 100L

5min

=0.0030 mol?L^-1?min^-1，
故答案为：0.0030 mol?L^-1?min^-1；
②由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P₁的CH₄转化率高，平衡向正反应方向移动，反应为气体体积增大的反应，减小压强平衡向体积增大的方向移动，即P₁＜P₂；
CO的起始浓度为

0.2mol

2L

=0.1mol/L，H₂的起始浓度为

0.4mol

2L

=0.2mol/L，由图2可知，在p₁压强下，100℃时，CH₄的转化率为0.5，CH₄的浓度变化量为0.1mol/L×0.5=0.05mol/L，则：
              CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．
开始（mol/L）：0.01    0.02      0       0
变化（mol/L）：0.005   0.01     0.005   0.015
平衡（mol/L）：0.005   0.01     0.005   0.015
所以平衡常数k=

0.005mol/L×0.015mol/L3

0.005mol/L×0.01mol/L

=2.25×10^-4mol²/L²，
故答案为：＜； 2.25×10^-4mol²/L²；
③从图象分析，温度升高时甲烷的转化率增大，平衡正向移动，反应吸热，△H＞0，故答案为：＞；
（3）写出电荷守恒：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），溶液呈中性，即c（H⁺）=c（OH^-），即c（NH）=c（Cl^-）；氨水中的电离常数为

c(NH4+)?c(H+)

c(NH3?H2O)

=

10-10b

a-b

，故答案为：=；

10-7b

a-b

；
（4）燃料原电池中，负极上燃料失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；
N₂O₅中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N₂O₅，即在阳极区域生成，据电极反应离子放电顺序可知：阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑的反应，则阳极为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案为：H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

点评：本题考查盖斯定律的应用、化学反应速率的求算、依据图象分析平衡移动的原因、化学平衡常数、及电极反应式书写，考查范围广，易错题为（4）题，会根据化合价的变化确定生成N₂O₅的电极，根据离子的放电顺序写出相应的电极反应式．