Question

14．运用化学反应原理研究物质的性质具有重要意义．请回答下列问题；
（1）氨气可以构成燃料电池，其电池反应原理为4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）．电解质溶液为KOH，则负极的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-═6H₂O+N₂
（2）25℃时，将amol•L^-1的氨水与0.1mol•L^-1的盐酸等体积混合．
①当溶液中离子浓度关系满足c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）时，则反应的情况可能为a
a．盐酸不足，氨水剩余  b．氨水与盐酸恰好完全反应  c．盐酸过量
②当溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）时，用含a的代数式表示NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{1{0}^{-8}}{a-0.1}$；
（3）向BaCl₂溶液中通CO₂不会出现沉淀，请根据溶液中存在的平衡原理解释其原因不能生成沉淀，二氧化碳溶于水生成碳酸，碳酸电离出的碳酸根离子浓度很小，浓度商Q=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）＜Ksp（BaCO₃），某同学根据相同的理由认为向BaCl₂溶液中通入SO₂也不会出现沉淀，但在实验验证中发现了异常情况，将SO₂通入BaCl₂溶液中开始并无沉淀，放置一段时间后出现了白色沉淀，则产生该沉淀的离子方程式为2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺
（4）室温下，把SiO₂细粉放入蒸馏水中，不断搅拌，能形成H₄SiO₄溶液，反应原理如下：SiO₂（s）+2H₂O（l）?H₄SiO₄（aq）△H
①写出该反应的化学平衡常数K的表达式K=c（H₄SiO₄）
②通常情况下，改变压强对气体会产生较大影响，对固体和液体影响很小．实际上，在地球的深处，由于压强很大，固体、液体受到的压强影响不能忽略．一定温度下，在10000m以下的地球深处，上述反应进行的方向是正方向（填“正方向”、“逆方向”或“不移动”），请根据平衡常数表达式解释其原因在压强很大的情况下，压强对固体、液体都会受到影响，平衡向物质的量少的方向移动．

Answer 1

分析 （1）氨气为碱性气体，易与酸反应，应用碱性电解质，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
（2）①溶液中离子浓度关系满足c（NH₄⁺）＜c（Cl^-）时，由电荷守恒可知c（H⁺）＞c（OH^-），溶液呈酸性性，结合选项根据反应物量的关系，判断溶液酸碱性；
②根据电荷守恒判断溶液中氢离子与氢氧根离子浓度的相对大小，进而判断溶液的酸碱性；溶液中存在平衡NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，根据溶液的pH值计算溶液中c（OH^-），根据氯离子浓度计算c（NH₄⁺），利用物料守恒计算溶液中c（NH₃．H₂O），代入NH₃•H₂O的电离常数表达式计算．
（3）二氧化碳溶于水得到碳酸，碳酸微弱电离，根据浓度商和平衡常数的关系确定沉淀的产生与否；亚硫酸不稳定，容易被氧气氧化为硫酸，据此回答；
（4）①根据平衡常数表达式的定义书写，但二氧化硅是固体，水是纯液体不代入表达式；
②在压强很大的情况下，压强对固体、液体都会受到影响，所以平衡向体积减小的方向移动．

解答 解：（1）氨是燃料电池的负极，在碱性条件下，氨气与氢氧根反应生成氮气和水，氨气中氮的化合价由-3价升高到0价，2mol氨气失去6mol电子，电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-═6H₂O+N₂，故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-═6H₂O+N₂；
（2）①溶液中离子浓度关系满足c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）时，由电荷守恒可知c（H⁺）＜c（OH^-），溶液呈碱性，
a．盐酸不足，氨水剩余，为氯化铵与氨水的混合溶液，铵根离子水解程度小于氨水的电离时，溶液可能呈碱性，故a可能；
b．氨水与盐酸恰好完全反应，为氯化铵溶液，铵根离子水解，溶液呈酸性，故b不可能；
c．盐酸过量，溶液为氯化铵、盐酸的混合溶液，溶液呈酸性，故c不可能；
故选：a；
②根据电荷守恒有c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），由于c（NH₄⁺）=c（Cl^-），故c（H⁺）=c（OH^-），溶液呈中性，故溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=$\frac{1}{2}$×0.1mol•L^-1=0.05mol•L^-1，故混合后溶液中c（NH₃．H₂O）=$\frac{1}{2}$×amol•L^-1-0.05mol•L^-1=（0.5a-0.05）mol/L，NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{1{0}^{-7}×0.05}{0.5a-0.05}$=$\frac{1{0}^{-8}}{a-0.1}$，故答案为：$\frac{1{0}^{-8}}{a-0.1}$；
（3）BaCl₂溶液中通入二氧化碳没有沉淀生成，是因为二氧化碳溶于水生成碳酸，碳酸电离出的碳酸根离子浓度很小，浓度商Q=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）＜Ksp（BaCO₃）；将SO₂通入BaCl₂溶液中开始并无沉淀，放置一段时间后出现了白色沉淀，氧气将亚硫酸氧化成硫酸与氯化钡生成硫酸钡沉淀，所以离子方程式为：2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺；
故答案为：不能生成沉淀，二氧化碳溶于水生成碳酸，碳酸电离出的碳酸根离子浓度很小，浓度商Q=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）＜Ksp（BaCO₃）；2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺；
（4）①根据平衡常数表达式的定义书写，但二氧化硅是固体，水是纯液体不代入表达式，所以平衡常数K=c（H₄SiO₄），故答案为：K=c（H₄SiO₄）；
②在压强很大的情况下，压强对固体、液体都会受到影响，所以平衡向体积减小的方向移动，即正反应方向移动，
故答案为：正方向；在压强很大的情况下，压强对固体、液体都会受到影响，平衡向物质的量少的方向移动．

点评 本题考查电极反应式的书写、电解质溶液中平衡常数的计算、化学平衡常数表达式的书写，平衡的移动、离子方程的书写以及根据方程式计算等知识，难度中等，综合性较强．