Question

13．运用化学反应原理研究NH₃的性质具有重要意义．请回答下列问题：
（1）已知：
①NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.5kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
写出氨高温催化氧化生成NO的热化学方程式4NH₃（g）+5O₂（g）$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5KJ/mol．
（2）氨气、空气可以构成燃料电池，其电池反应原理为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．已知电解质溶液为KOH溶液，则负极的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O．
（3）合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，其研究来自正确的理论指导，合成氨反应的化学平衡常数K值和温度的关系如表：

温度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

①由上表数据可知该反应的△H＜ 0 填“＞”、“＜”或“=”）；
②理论上，为了增大平衡时H₂的转化率，可采取的措施是AD（选填字母）；
A．增大压强    B．使用合适的催化剂   C．升高温度  D．及时分离出产物中的NH₃
③400℃时，测得某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量浓度分别为3mol•L^-1、2mol•L^-1、l mol•L^-1，此时刻该反应的V正（N₂）=＜ V逆（N₂）．（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）已知25℃时，K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×l0^-38，K_sp[Al（OH）₃]=4.0×l0^-34，当溶液中的金属离子浓度小于1.0×10^-5mol•L^-1时，可以认为沉淀完全．在含Fe³⁺、A1³⁺的浓度均为1.05mol•L^-1的溶液中加入氨水，当Fe³⁺完全沉淀时，A1³⁺沉淀的百分数70%．

Answer 1

分析 （1）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1266.5kJ/mol；
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）；△H=+180.5kJ/mol，利用盖斯定律可求知反应热；根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积计算；
（2）氨气可以构成燃料电池，其电池反应原理为4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．氨分子中氮元素的化合价升高，发生氧化反应，应通入燃料电池的负极，电解质溶液为KOH溶液，负极的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O；
（3）①温度升高，向吸热方向进行，由图象得，平衡常数减小，故逆向进行，故逆反应吸热，则正反应放热，△H＜0；
②为了增大平衡时H₂的转化率，平衡正向进行分析选项；
③依据浓度商和平衡常数比较得到反应进行的方向；
（4）当Fe³⁺完全沉淀时，即c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×l{0}^{-38}}{1.0×l{0}^{-5}}}$=1.0×10^-11，因为K_sp[Al（OH）₃]=4.0×l0^-34，故c（Al³⁺）=$\root{3}{\frac{Ksp[Al（OH）_{3}]}{c（O{H}^{-}）}}$=$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-34}}{（1.0×1{0}^{-11}）^{3}}}$=0.735，故w=$\frac{0.735}{1.05}$×100%=70%，据此进行分析．

解答 解：（1）由①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.5kJ/mol，
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol，
利用盖斯定律①-2×②可得：4NH₃（g）+5O₂（g）$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5KJ/mol，
故答案为：4NH₃（g）+5O₂（g）$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.5KJ/mol；
（2）氨气可以构成燃料电池，其电池反应原理为4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．氨分子中氮元素的化合价升高，发生氧化反应，应通入燃料电池的负极，电解质溶液为KOH溶液，负极的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O，
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-═N₂+6H₂O；
（3）①温度升高，向吸热方向进行，由图象得，平衡常数减小，故逆向进行，故逆反应吸热，则正反应放热，△H＜0，
故答案为：＜；
③反应是N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃，反应是气体体积减小的放热反应，为了增大平衡时H₂的转化率，平衡正向进行分析，
A．增大压强，平衡正向进行，氢气转化率增大，故A符合；
B．使用合适的催化剂，改变反应速率，不能改变平衡，氢气转化率不变，故B不符合；
C．升高温度平衡逆向进行，氢气转化率减小，故C不符合；
D．及时分离出产物中的NH₃，平衡正向进行，氢气转化率增大，故D符合；
故答案为：AD；
③Qc=$\frac{{3}^{2}}{2×{1}^{3}}$=4.5＞K=0.5，说明反应向逆反应方向进行，因此v_正（N₂）＜v_逆（N₂），
故答案为：＜；
（4）当Fe³⁺完全沉淀时，即c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{1.0×l{0}^{-38}}{1.0×l{0}^{-5}}}$=1.0×10^-11，因为K_sp[Al（OH）₃]=4.0×l0^-34，故c（Al³⁺）=$\root{3}{\frac{Ksp[Al（OH）_{3}]}{c（O{H}^{-}）}}$=$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-34}}{（1.0×1{0}^{-11}）^{3}}}$=0.735，故w=$\frac{0.735}{1.05}$×100%=70%，
故答案为：70%．

点评 本题考查了热化学方程式的书写、燃料电池电极反应式的书写、化学平衡问题、浓度熵与平衡常数，综合性很强，题目难度较大．