氨有着广泛的用途,如可用于化肥、硝酸、合成纤维等工业生产.氨的水溶液中存在电离平衡,常用电离常数Kb和电离度α来定量表示其电离程度.Kb和α常用的测定方法:在一定温度时用酸度计测定一系列已知浓度氨水的pH,可得各浓度氨水对应的c(OH-),然后通过换算求得各对应的α值和Kb值.
下面是某中学化学兴趣小组在25℃时测定一系列浓度氨水的pH所对应的c(OH-):
[仪器与试剂]酸度计、50mL碱式滴定管、100mL烧杯、0.10mol•L-1 氨水
[实验数据](不必填表格)
烧杯号 | V氨水 (mL) | V水(mL) | c (NH3•H2O) (mol•L-1) | c(OH-) | Kb | α |
1 | 50.00 | 0.00 | 1.34×10-3 | |||
2 | 25.00 | 25.00 | 9.48×10-4 | |||
3 | 5.00 | 45.00 | 4.24×10-4 |
(1)25℃时,氨水的电离常数:Kb≈______,通过计算所得的数据和简洁的文字说明电离常数、电离度与弱电解质的初始浓度的关系______
(2)用0.10mol•L-1盐酸分别滴定20.00mL0.10mol•L-1的NaOH溶液和20.00mL0.10mol•L-1氨水所得的滴定曲线如下:
请指出盐酸滴定氨水的曲线为______(填A或B),请写出曲线a点所对应的溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序______.
(3)液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视.它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势.氨在燃烧试验机中相关的反应有:
4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)△H1①
4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)△H2②
4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(l)△H3③
请写出上述三个反应中△H1、△H2、△H3三者之间关系的表达式,△H1=______.
(4)Allis-Chalmers制造公司发现可以用氨作为燃料电池的燃料.其总反应式为4NH3+3O2=2N2+6H2O,正极上的电极反应式为O2+
2H2O+4e-=4OH-,则负极上的电极反应式为______.
(1)由NH3•H2O═NH4++OH-,第一组实验中的Kb=
=1.7956×10-5≈1.80×10-5,1.34×10-3×1.34×10-3 0.1
第二组实验中的Kb=
=1.797×10-5≈1.80×10-5,9.48×10-4×9.48×10-4 0.05
第三组实验中的Kb=
=1.797×10-5≈1.80×10-5,4.24×10-4×4.24×10-4 0.01
三个实验中的电离度分别为
×100%=1.34%、1.34×10-3 0.1
×100%=1.90%、9.48×10-4 0.05
×100%=4.24%,显然电离平衡常数与初始浓度无关,电离度与初始浓度有关,且浓度越小,电离程度越大,故答案为:1.80×10-5;在三组实验中Kb始终约等于1.80×10-5,说明电离平衡常数与初始浓度无关,而电离度分别为1.34%、1.90%、4.24%,说明电离度与初始浓度有关,且随着初始浓度减少而增大;4.24×10-4 0.01
(2)由0.10mol•L-1的NaOH溶液的pH=13,由图象可知,A为盐酸滴定氢氧化钠的曲线,则B为盐酸滴定氨水的曲线,在曲线a点pH>7可知,溶液显碱性,c(OH-)>c(H+),再根据电荷守恒可知,c(Cl-)+c(OH-)=c(NH4+)+c(H+),则c(NH4+)>c(Cl-),电离产生氢氧根离子,则c(NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+),
故答案为:B;c(NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+);
(3)由反应4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)△H1 ①
4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)△H2 ②
4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(l)△H3③
则反应
可得到反应①,则△H1=②×3+③×2 5
,故答案为:3△H2+2△H3 5
;3△H2+2△H3 5
(4)由总反应4NH3+3O2=2N2+6H2O,正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-,由电子守恒,则总反应除以2减去正极反应即可得负极反应式,负极反应式为2NH3+6OH--6e-=N2+6H2O,
故答案为:2NH3+6OH--6e-=N2+6H2O.