(2014•天津模拟)运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应具有重要意义.
(1)已知:N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H1
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H2
2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H3
则4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)═4N2(g)+6H2O(g)△H=______(用△H1、△H2、△H3表达)
(2)在密闭容器中,一定条件下,进行如下反应:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H2,混合体系中NH3的百分含量和温度的关系如图甲所示(曲线上任何一点都表示平衡状态).根据图示回答下列问题:
①N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H2______0(填“>”或“<”):
若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通人氦气,平衡______移动(填“向左”或“向右”)
②若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1,K2,则K1______K2;反应进行到状态D时,v正______v逆(填“>”、“<”或“=”)
(3)氨气溶于水得到氨水.已知常温下0.01mol•L-1的氨水中
c(
H
+
)
c(O
H
−
)
=1×10-6,则该溶液的pH为______,溶液中的溶质电离出的阳离子浓度约为______,在25℃时,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,试用含a和b的代数式表示出该混合溶液中氨水的电离平衡常数
1
0
−7
b
a−b
1
0
−7
b
a−b
.
(4)碳氢化合物与氧气可形成新型燃料电池,如图乙所示以CH4为原料的燃料电池示意图.
①放电时,负极的电极反应式为______.
②假设装置中盛装100.0mL 3.0mol•L-1KOH溶液,放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL.放电完毕后,电解质溶液中各离子浓度的大小关系为______.
解题思路:(1)依据热化学方程式和盖斯定律计算出该反应的焓变;
(2)利用图示可知该反应随温度升高,产物(NH3)在体系中的百分含量降低,说明反应随温度升高向逆反应方向移动,确定反应的吸放热;在恒温、恒压下充入氦气,反应容器体积变大,压强减小,确定反应的移动方向;
(3)利用
c(
H
+
)
c(O
H
−
)
=1×10-6,结合常温下Kw=c(H+)•c(OH-)=1×10-14可计算氨水溶液中c(H+),进而计算pH;NH3•H2O电离出阳离子的浓度等于溶液中OH-的浓度,根据Kb=
c(N
H
4
+
)•c(O
H
−
)
c(N
H
3
•
H
2
O)
来计算;
(4)①负极是甲烷失电子发生氧化反应,根据电解质环境书写电极反应式;
②根据电池总反应式可知,当参与反应的氧气(标况下)8960mL时,有0.2molCH4参与反应,而电解质溶液中含有0.3molKOH,因此利用原子守恒知完全反应电解质溶液中的溶质为0.1molK2CO3、0.1molKHCO3,据此确定离子浓度的大小顺序.
(1)已知:①N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H1
②2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H2
③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H3
依据盖斯定律③×3-2×②-2×①得到,4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)═4N2(g)+6H2O(g)△H=3△H3-2△H1-2△H2kJ/mol,
故答案为:3△H3-2△H1-2△H2;
(2)①利用图示可知该反应随温度升高,产物(NH3)在体系中的百分含量降低,说明反应随温度升高向逆反应方向移动,故该反应的正反应为放热反应,即△H<0;在恒温、恒压下充入氦气,反应容器体积变大,反应向气体体积增大的逆反应方向移动,
故答案为:<、向左;
②因正反应为吸热反应,故升温反应逆向进行,反应进行程度减小,故K1>K2;由图示知,D点处的NH3百分含量比该温度下平衡时NH3的百分含量低,因此反应正向移动,即V(正)>v(逆),
故答案为:>;>;
(3)利用
c(H+)
c(OH−)=1×10-6,结合常温下Kw=c(H+)•c(OH-)=1×10-14可知该氨水溶液中c(H+)=1×10-10,故溶液pH=-lgc(H+)=10;结合NH3•H2O⇌NH4++OH-可知溶液中NH3•H2O电离出阳离子的浓度等于溶液中OH-的浓度,即c(NH4+)=1×10-4mol/L;利用混合液呈中性可推知溶液中c(NH4+)=c(Cl-)=[b/2]mol/L、c(NH3•H2O)=[a−b/2]mol/L,故Kb(NH3•H2O)=[c(NH4+)•c(0H-)]÷c(NH3•H2O)=[[b/2]×10-7]÷([a−b/2])=
10−7b
a−b.
故答案为:10;10-4mol•L-1;K=
10−7b
a−b.
(4)①甲烷燃烧生成CO2与H2O,其中CO2又会进一步与电解质溶液KOH反应生成K2CO3与H2O,因此可写出负极(甲烷失电子发生氧化反应)反应式为:CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O;
故答案为:CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O;
②结合电池总反应式可知,当参与反应的氧气(标况下)8960mL时,有0.2molCH4参与反应,而电解质溶液中含有0.3molKOH,因此利用原子守恒知完全反应电解质溶液中的溶质为0.1molK2CO3、0.1molKHCO3,该溶液中CO32-水解程度大于HCO3-的电离,溶液呈碱性,故再结合溶质的物质的量可推知溶液中离子浓度大小关系为:c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+),
故答案为:c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+).
点评:
本题考点: 用盖斯定律进行有关反应热的计算;常见化学电源的种类及其工作原理;化学平衡建立的过程;化学平衡的影响因素;弱电解质在水溶液中的电离平衡.
考点点评: 本题综合考查学生热化学、电化学、溶液中离子浓度大小比较以及弱电解质的电离等方面的知识,注意知识的归纳和梳理是关键,难度不大.
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