Question

10．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）利用对苯醌质子电池可检测氨气，其电池反应原理为2NH₃+（对苯醌）═N2H4+（对苯酚），N₂H₄的结构式为，该电池正极的电极反应式为．
（2）25℃时，将nmol•L^-1的氨水与0.1mol•L^-1的盐酸等体积混合．
①若混合溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），则溶液的pH=7．
②若混合溶液中c（NH₄⁺）＞c（Cl^-），则反应的情况可能为a．
a、盐酸不足，氨水剩余   b、氨水与盐酸恰好反应   c、盐酸过量
（3）在0.5L恒容密闭容器中，一定量的N₂与H₂进行反应：N₂（g）+3N₂（g）?2NH₃（g）△H=bkJ•mol^-1，其化学平衡常数K与温度的关系如下：

温度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

①写出该反应的化学平衡常数的表达式：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，b小于（填“大于”“小于”或“等于”）0．
②400℃时，测得某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时，此时刻该反应的u_正（N₂）小于（填“大于”“小于”或“等于”）u_正（N₂）．
（4）已知：①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
写出氨高温催化氧化的热化学方程式：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8KJ/mol．

Answer 1

分析 （1）肼相当于氨气分子中一个氢原子被氨基取代；
该电池正极上得到电子生成；
（2）①根据电荷守恒及c（Cl^-）=c（NH₄⁺）判断溶液中氢离子浓度和氢氧根离子浓度相对大小，从而确定溶液的酸碱性，得出正确结论；
②根据电荷守恒及c（Cl^-）＜c（NH₄⁺）判断溶液中氢离子浓度和氢氧根离子浓度相对大小，从而确定溶液的酸碱性，得出正确结论；
（3）①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，书写平衡常数表达式，分析平衡常数随温度变化，结合平衡移动原理分析反应热量变化情况；
②依据浓度商和平衡常数的比较，判断反应进行的方向；
（4）①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1，
利用盖斯定律进行计算，由①+2×②得出正确结论．

解答 解：（1）肼中相当于氨气分子中一个氢原子被氨基取代，所以肼的结构式为；
该电池正极上得到电子生成，电极反应式为：，

故答案为：；；
（2）①根据电荷守恒得：c（Cl^-）+c（OH^-）=c（NH₄⁺）+c（H⁺），溶液中c（Cl^-）=c（NH₄⁺），所以c（OH^-）=c（H⁺），所以溶液呈中性，即pH=7，
故答案为：7；
②根据电荷守恒得：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-），当c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）时，则c（H⁺）＜c（OH^-），溶液呈碱性；
a．盐酸不足，氨水剩余，溶液显碱性，与题意相符，故a可选；
b．氨水与盐酸恰好反应，生成氯化铵，铵根离子水解显酸性，与题意不符，故b不选；
c．盐酸过量，溶液呈酸性，与题意不符，故c不选；
故答案为：a；
（3）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=bkJ•mol^-1，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
由表中数据可知：平衡常数随温度升高而减小，说明升高温度，平衡逆向进行，逆向是吸热反应，故正反应为放热反应，故b小于0，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；小于；
②400°C N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的K=0.5，400℃时，测得氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时，浓度分别为$\frac{3}{0.5}$=6mol/L，$\frac{2}{0.5}$=4mol/L，$\frac{1}{0.5}$=2mol/L，Qc=$\frac{{6}^{2}}{4×{2}^{3}}$=1.1＞K，说明平衡逆向进行，v_正（N₂）＜v_逆（N₂）；
故答案为：小于；
（4）①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ•mol^-1
②N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1，
由①+2×②可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=（-1266.8kJ•mol^-1）+（+180.5kJ•mol^-1）=-905.8KJ/mol，
故答案为：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8KJ/mol．

点评 本题考查的知识点较多，涉及结构式、电极反应式的书写，溶液中离子浓度大小的判断，平衡常数的计算和化学平衡移动原理，以及盖斯定律的应用，综合性较强，浓度较大．要注意掌握根据浓度商和平衡常数的比较，判断反应进行的方向．