(广东专用)(新课标)2014高考化学二轮复习作业手册 专题七 化学反应速率和化学平衡(A)
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专题限时集训(七)A [专题七 化学反应速率和化学平衡]
(时间:40分钟)
1.反应3X(g)+Y(g)2Z(g)+2W(g)在2 L密闭容器中进行,5 min后Y减少了0.5 mol,则此反应的平均速率v为( )
-1-1A.v(X)=0.05 mol·L·min
-1-1B.v(Z)=0.10 mol·L·min
-1-1C.v(Y)=0.10 mol·L·min
-1-1D.v(W)=0.05 mol·L·s
2.在固定体积的密闭容器中进行如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。已知反应过
-1程某一时刻SO2、O2、SO3浓度( mol·L)分别为0.2、0.1、0.2,达到平衡时,浓度可能正
确的是( )
-1-1A.SO2、O2分别为0.4 mol·L、0.2 mol·L
-1B.SO2为0.25 mol·L
-1C.SO2、SO3均为0.15 mol·L
-1D.SO3为0.4 mol·L
3.(双选)一定温度下的定容容器中,反应A2(g)+B2(g)2AB(g)达到平衡的标志是
( )
A.单位时间内生成2n mol AB同时消耗n mol B2
B.单位时间总物质的量不随时间的变化而变化
C.单位时间内生成n mol A2同时消耗n mol B2
D.容器内各组分的物质的量不随时间的变化而变化
4.(双选)将4 mol A气体和 2 mol B气体在 2 L 固定体积的容器中混合并在一定条
-1 件下发生如下反应:2A(g)+B(g)2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L,
现有下列几种说法,其中正确的是( )
-1-1A.用物质A表示的反应的平均速率为0.3 mol·L·s
-1-1B.用物质B表示的反应的平均速率为0.6 mol·L·s
C.2 s时物质A的转化率为70%
-1D.2 s时物质B的浓度为 0.7 mol·L
5.氢是一种理想的绿色清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。 利用FeO/Fe3O4循环制氢反应原理的热化学方程式如下:
H2O(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+H2(g)
ΔH=a kJ/mol ①
2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH=b kJ/mol ②
图71(a)表示FeO的转化率,图(b)表示一定温度时,H2的生成速率[细颗粒(直径0.25 mm),粗颗粒(直径3 mm)]。
图71
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(1)反应:2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH=______________(用含a、b的代数式表示)。
(2)上述反应b>0,要使该制氢方案有实际意义,从能源利用及成本的角度考虑,实现反应Ⅱ可采用的方案是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)900 ℃时,在两个容积均为2.0 L的密闭容器中分别投入0.60 mol FeO和0.20 mol H2O(g),甲容器用细颗粒FeO、乙容器用粗颗粒FeO。
①用细颗粒FeO和粗颗粒FeO时,H2生成速率不同的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。 ②用细颗粒FeO时H2O(g)的转化率比用粗颗粒FeO时 H2O(g)的转化率________(填“大”“小”或“相等”)。
③求此温度下该反应的平衡常数K(写出计箅过程,保留两位有效数字)。
(4)在下列坐标图72中画出在1000 ℃、用细颗粒FeO时,H2O(g)的转化率随时间变化示意图(进行相应的标注)。
图72
6.工业上以氨气为原料(铂铑合金网为催化剂)催化氧化法制硝酸的过程如下:
图73
(1)已知反应一经发生,铂铑合金网就会处于红热状态。写出氨催化氧化的化学方程式:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________; 当温度升高时,该反应的平衡常数K值__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)硝酸厂尾气常用的处理方法是催化还原法:即在催化剂存在时用H2将NO2还原为N2 。已知:
-12H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=a kJ·mol
-1N2(g)+2O2(g)===2NO2(g) ΔH=b kJ·mol
-1H2O(l)===H2O(g) ΔH=c kJ·mol
则反应2NO2(g)+4H2(g)===N2(g)+4H2O(l)的ΔH=______________。(用a、b、c表示)
(3)①合成氨反应的化学方程式为N2+3H22NH3,该反应在固定容积的密闭容器中进行。下列各项标志着该反应达到化学平衡状态的是__________(填序号)。
A.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
B.3v正(N2)=v逆(H2)
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C.容器内压强保持不变
D.混合气体的相对分子质量保持不变
E.1 mol N≡N键断裂,同时1 mol H—H键断裂
②若在恒温条件下,将N2与H2按一定比例混合通入一个容积为2 L的密闭容器中,5 min反应达平衡,n(N2)=1 mol,n(H2)=1 mol,n(NH3)=2 mol,则反应速率v(N2)=____________,H2的平衡转化率=______________;若保持容器的温度不变,在10 min时将容器的容积压缩为1 L,请在坐标图中,画出从反应开始至15 min时c(NH3)随时间变化曲线示意图。
图74
7.甲醇可作为燃料电池的原料。以CH4和H2O为原料,通过下列反应来制备甲醇。 Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
-1ΔH=+206.0kJ·mol
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
-1ΔH=-129.0 kJ·mol
(1)CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH(g)和H2(g)的热化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)将1.0 mol CH4和1.0 mol H2O(g)通入容积为100 L的反应室,在一定条件下发生反应Ⅰ,测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图75所示。
图75
①假设100 ℃时达到平衡所需时间为5 min,则用H2表示该反应的平均反应速率为____________。
②100 ℃时反应Ⅰ的平衡常数为____________。
(3)在压强为0.1 MPa、温度为300 ℃条件下,将a mol CO与2a mol H2的混合气体在
1催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇,平衡后将容器容积压缩到原来的,其他条件不变,对2
平衡体系产生的影响是________(填字母序号)。
A.平衡常数K增大
B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.CH3OH的物质的量增加
Dc(H2)
c(CH3OH)减小
(4)甲醇对水质会造成一定的污染,有一种电化学法可消除这种污染,其原理是:通电
2+3+3+后,将Co氧化成Co,然后以Co作氧化剂再把水中的甲醇氧化成CO2而净化。若图76
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装置中的电源为甲醇空气KOH溶液的燃料电池,则电池正极的电极反应式:________________________________________________________________________,
-该电池工作时,溶液中的OH向________极移动。净化含1 mol甲醇的水,燃料电池转
移电子________mol。
图76
8.目前工业合成氨的原理是:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-93.0 kJ/mol;另据报道,一定条件下:2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) ΔH=+1 530.0 kJ/mol。
(1)氢气的燃烧热ΔH=__________kJ/mol。
(2)在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应,下列说法正确的是________。
A.气体体积不再变化,则已平衡
B.气体密度不再变化,尚未平衡
C.平衡后,往装置中通入一定量Ar,压强不变,平衡不移动
D.平衡后,压缩装置,生成更多NH3
(3)在恒温恒容装置中进行合成氨反应。
图77
①表示N2浓度变化的曲线是________。
②前25 min 内,用H2浓度变化表示的化学反应速率是__________。
③在25 min末刚好平衡,则平衡常数K=________________________________________________________________________。
(4)在第25 min末,保持其他条件不变,升高温度,在第35 min末再次平衡。平衡移
-1动过程中H2浓度变化了1.5 mol·L,在图中画出第25 min ~ 40 min NH3浓度变化曲线。
+-9(5)已知常温下,NH4的水解常数为1.0×10,则0.1 mol/L NH4Cl溶液的pH=________。
++(忽略NH4水解对NH4浓度的影响)
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专题限时集训(七)A
1.B [解析] 先由n(Y)的变化量求5 min内Y的变化浓度,再由平均反应速率定义式求Y表示的平均反应速率,最后根据其余反应物和生成物与Y的化学计量数之比等于速率之比求用其他物质表示的平均反应速率。依题意,v(Y)=0.5 mol÷2 L÷5 min=0.05 mol·L-1-1·min,故C错;由于反应3X(g)+Y(g)2Z(g)+2W(g)中X、Z、W与Y的化学计量
-1-1数之比等于反应速率之比,则v(X)=3v(Y)=0.15 mol·L·min,故A错;v(Z)=2v(Y)
-1-1-1-1=0.10 mol·L·min,故B正确;v(W)=2v(Y)=0.10 mol·L·min,故D错。
2.B [解析] 用假设法、三行数据法先求逆反应进行到底时各组分浓度的极限值,再求正反应进行到底时各组分浓度的极限值,然后根据可逆反应不能进行到底或转化率不可能是100%判断各组分浓度的取值范围,从而确定答案。先假设逆反应进行到底,则:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
-1各组分的起始浓度/mol·L 0.2 0.1 0.2
-1各组分的变化浓度/mol·L 0.2 0.1 0.2
-1各组分的平衡浓度/mol·L 0.4 0.2 0
再假设正反应进行到底,则:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
-1各组分的起始浓度/mol·L 0.2 0.1 0.2
-1各组分的变化浓度/mol·L 0.2 0.1 0.2
-1各组分的平衡浓度/mol·L 0 0 0.4
由于正、逆反应都不可能进行到底,则达到平衡时二氧化硫的浓度:0<c(SO2)<0.4 mol·L-1-1-1,氧气的浓度:0<c(O2)<0.2 mol·L,三氧化硫的浓度:0<c(SO3)<0.4 mol·L,故A、D均错,B正确;若二氧化硫的浓度减小,说明反应正向进行,则三氧化硫的浓度增大,不可能二者同时减小,故C错。
3.CD [解析] 单位时间内生成2n mol AB同时消耗n mol B2,说明v正(AB)∶v正(B2)=2∶1,缺少逆反应速率,不能说明反应达到平衡,故A错;A2(g)+B2(g)2AB(g)是气体物质的量始终不变的反应,则单位时间总物质的量不随时间的变化而变化,单位时间内总物质的量不变不能说明达到平衡,故B错;单位时间内生成n mol A2同时消耗n mol B2,说明v逆(A2)∶v正(B2)=1∶1,说明反应达到平衡,故C正确;随着反应的正向进行,反应物的物质的量逐渐减小,生成物的物质的量逐渐增大,容器内各组分的物质的量不随时间的变化而变化,能说明反应达到平衡,故D正确。
4.AD [解析] 依题意可得各组分的三行数据,则:
2A(g)+B(g)2C(g)
-1各组分的起始浓度/mol·L 2 1 0
-1各组分的变化浓度/mol·L 0.6 0.3 0.6
-1各组分2 s后浓度/mol·L 1.4 0.7 0.6
Δc0.6 mol·L-1-1则v(A)==·s,故A正确; Δt2 s
Δc0.3 mol·L-1-1v(B)==0.15 mol·L·s,故B错; Δt2 s
Δc(A)0.6 mol·L2 s时物质A100%=-1100%=30%,故C错; c(A)起始2 mol·L
2 s时物质B的浓度为 0.7 mol·L,故D正确。
5.(1)(2a+b)kJ/mol(无“kJ/mol”或写为“2a+b kJ/mol”均错)
(2)用廉价的清洁能源供给热能(答用“太阳能”“风能”“地热能”“生物能”“核-1-1-1-1
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能”供给热能也可;答“加热”“升高温度”等均错)
(3)①细颗粒FeO表面积大,与H2O的接触面积大,反应速率加快(回答“增大接触面积,加快反应速率”或“接触面积越大,反应速率越快”等合理表述均正确)
②相等
③解:900 ℃时,达到平衡时FeO转化的量为n(FeO)=0.60 mol×40%=0.24 mol。 H2O(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+H2(g)
错误! 0.20 0.60 0 0
变化物质,的量(mol)) 0.080 0.24 0.080 0.080
平衡物质,的量(mol)) 0.12 0.36 0.080 0.080
由于固体物质的浓度是常数,不能写入平衡常数表达式,气体物质的浓度可以变化,根
n(H2)0.080 molV2.0 Lnc(H2)据c=则K==Vc(H2O)n(H2O)0.12 molV2.0 L
0.67。
答:略。 (4)
[解析] (1)观察发现①×2+②可得:2H2O(g)===2H2(g)+O2(g),其焓变=①的焓变×2+②的焓变=(2a+b)kJ/mol。(2)b>0,说明反应②是吸热反应,可用用廉价的清洁能源供给热能或用“太阳能”“风能”“地热能”“生物能”“核能”供给热能。(3)①FeO是反应①中的固体反应物,细颗粒FeO表面积大,与H2O的接触面积大,反应速率加快;②由于固体物质浓度是常数,FeO的用量和浓度保持不变,将粗颗粒FeO改为细颗粒FeO,只能加快反应速率,不能使平衡移动,因此H2O(g)的平衡转化率不变或相等。(4)观察图(a)可得:随着温度的升高,FeO的平衡转化率减小,升温平衡向吸热方向移动,逆反应是吸热反应,则反应①的正反应是放热反应;其他条件保持不变时,升高温度,既能加快反应速率,又能使平衡向逆反应方向移动,1000 ℃时达到平衡的时间比900 ℃时少,1000 ℃时H2O(g)的平衡转化率比900 ℃时小,由此可以画出水蒸气的转化率随温度变化的示意图。
6.(1)4NH3+5O2催化剂△4NO +6H2O 减小
(2)(2a-b-4c)kJ/mol
(3)①BCD
②0.1 mol/(L·min)
75%
[解析] (1)氨气具有还原性,与氧气在催化剂加热作用下发生反应,生成一氧化氮和水,
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该反应是氧化还原反应、可逆反应、放热反应,氮元素由-3价升为+2价,氧元素由0降为-2价,根据最小公倍数法配平,则有4NH3+5O2催化剂△4NO+6H2O;正反应是放热反应,则升高温度平衡向逆反应方向移动,则生成物浓度减小,反应物浓度增大,所以重新平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值减小,即升高温度时该反应的平衡常数K减小。(2)先将4个热化学方程式分别编号为①②③④,由于①×2-②-③×4=④,根据盖斯定律,则④的焓变=①的焓变×2-②的焓变-③的焓变×4=(2a-b-4c)kJ/mol。(3)①容器内各组分浓度之比等于化学方程式的化学计量数之比,不能说明反应达到平衡,因为各组分变化浓度之比一定等于化学计量数之比,而平衡浓度之比不一定等于化学计量数之比,各组分浓度不随时间改变而改变才能说明反应达到平衡,故A错误;同一物质表示的正、逆反应速率相等,不同物质表示的正、逆反应速率之比等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比时,都能说明反应达到平衡,v正(N2)∶v逆(H2)=1∶3,则3v正(N2)=v逆(H2),故B正确;合成氨是气体物质的量减小的反应,随着反应的进行,容器内混合气体的物质的量逐渐减小,则压强也逐渐减小,当混合气体总的物质的量保持不变或压强不变时,说明反应达到平衡,故C正确;由于各组分都是气体,因此混合气体的总质量始终不变,随着反应的进行,由于混合气体的总物质的量逐渐减小,则混合气体的平均摩尔质量(或平均相对分子质量)逐渐减小,当混合气体物质的量(或相对分子质量)不变时,反应达到平衡,故D正确;N≡N键断裂、H—H键断裂都代表正反应,故E错误;②由于氮气、氢气的起始物质的量未知,
Δn所以不能直接用定义式求氮气表示的速率,而氨气是生成物,起始时为0,则v(NH3)Δt2 mol2 L=0.2 mol/(L·min);由于v(N2)∶v(NH3)=1∶2,则v(N2)=0.1 mol/(L·min);设5 min
氮气、氢气的起始物质的量分别为x mol、y mol,则:
N2 + 3H22NH3
起始浓度/mol·L 0 22
13-1变化浓度/mol·L 1 22
11-1平衡浓度/mol·L 1 22-1Vxyx11y31则,-=,解得:x=2,y=4。 222222
32Δc(H2)氢气的平衡转化率=×100%=×100%=75%。 c(H2)起始42
画图要点:①t=0时,氨气浓度为0;t=5 min,氨气浓度为1 mol/L;0<t<5 min时,氨气浓度逐渐增大;5 min≤t<10 min时,氨气浓度始终为1 mol/L;②t=10 min时,由于容器容积缩小一半,则反应物、生成物浓度立即增大一倍,则氨气浓度变为2 mol/L;③缩小容器容积,就是增大压强,反应速率增大,达到平衡的时间大约是起始时达到平衡时间
5的一半,因此达到平衡的时间约为;若正反应能进行到底,氮气过量,4 mol氢气最2
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88多可以生成氨气,由于可逆反应不能进行到底,则浓度一定小于≈2.67 mol/L;33
10 min<t≤12.5 min时,由于正反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,所以氨气浓度从2 mol/L逐渐增大到2.5 mol/L左右;④12.5 min<t≤15 min时,氨气浓度始终为2.5 mol/L左右。
7.(1)CH4(g)+H2O(g)CH3OH(g)+H2(g)
-1ΔH=+77.0 kJ·mol
-1-1-4(2)0.003 mol·L·min 6.75×10
(3)CD
----(4)O2+2H2O+4e===4OH或3O2+6H2O+12e===12OH 负 6
[解析] (1)反应Ⅰ+反应Ⅱ可得:CH4(g)+H2O(g)===CH3OH(g)+H2(g) ΔH=+77.0
-1-1kJ·mol。(2)CH4的起始浓度为1.0 mol÷100 L=0.01 mol·L,读图可知100 ℃时其平
-1-1衡转化率为50%,则CH4的变化浓度为0.01 mol·L×50%=0.005 mol·L,则v(CH4)=
-1-1-10.005 mol·L÷5 min=0.001 mol·L·min,根据化学计量数之比等于反应速率之比
-1-1可知,v(H2)=3v(CH4)=0.003 mol·L·min;根据各物质的变化浓度之比等于对应的化
学计量数之比,则反应Ⅰ:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
起始浓度/
-1 0.01 0.01 0 0 mol·L
变化浓度/
-1 0.005 0.005 0.005 0.015 mol·L
平衡浓度/
-1 0.005 0.005 0.005 0.015 mol·L
c(CO)·c3(H2)0.005×0.0153
-4K==。 c(CH4)·c(H2O)0.005×0.005
(3)反应Ⅱ是气态物质体积减小的反应,缩小容器体积,能增大各组分浓度,也能增大压强,平衡向正反应方向移动,但是平衡常数保持不变,因为温度不变平衡常数K不变,故A错误;同时增大反应物和生成物的浓度,正、逆反应速率均增大,但是v正>v逆,所以平衡右移,故B错误;增大压强平衡右移,使生成物的量增加,故C正确;增大压强平衡向正反
反应物浓度应方向移动,反应物浓度减小,生成物浓度增大,则重新平衡后的值减小,故D生成物浓度
正确。(4)甲醇完全燃烧生成CO2和H2O,CO2和过量KOH反应生成K2CO3和H2O,则该电池负极
2--2的主要反应物和产物分别是CH3OH、CO3,碳元素由-2价升为+4价,则CH3OH-6e→CO3
----2-,由于KOH是强碱,应该用OH使左右电荷守恒,则CH3OH-6e+8OH→CO3,根据氢、
--2--氧原子个数守恒可得,负极反应式为CH3OH-6e+8OH===CO3+6H2O或2CH3OH-12e+
-2-16OH===2CO3+12H2O;而正极的主要反应物是O2,同理可推断正极反应式为O2+2H2O+4e----===4OH或3O2+6H2O+12e===12OH;放电时负极流出电子,正极流入电子,则阴离子移
-向负极,阳离子移向正极,则溶液中的OH移向负极;根据化学计量数之比等于物质的量之
比,则1 mol甲醇完全反应失去6 mol电子,因此该燃料电池转移6 mol电子。
8.(1)-286.0
(2)AD
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(3)①C
②0.12 mol/(L·min)
③0.15
(4)
(5)5
[解析] (1)先将已知两个热化学方程式编号为①②,再根据盖斯定律,将(①×2-②)÷3可得:2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-572.0 kJ/mol,最后将化学计量数减半,
1则焓变随之减半,即H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-286.0 kJ/mol;根据燃烧热概念可得,2
氢气的燃烧热ΔH=-286.0 kJ/mol。(2)恒温恒压下,气体摩尔体积相同,由n体体积不再变化,就是气体的物质的量不再变化,说明反应已达平衡,故A正确;气体密度等于气体质量除以气体总体积,根据质量守恒定律可知气体质量始终不变,若气体密度不再变化时,则气体总体积不变,气体的物质的量不变,说明反应已达平衡,故B错;平衡后充入惰性气体,维持恒温恒压,必须增大容器容积,减小各组分浓度,其实质是减小压强,平衡向逆反应方向或气体体积增大方向移动,故C错;平衡后,压缩装置,缩小容器容积,其实质是增大压强,平衡向正反应方向或气体体积减小方向移动,故D正确。(3)①合成氨的原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g),读图可知,前25 min内A的浓度由6.0 mol/L逐渐减小为3.0 mol/L,C的浓度由2.0 mol/L逐渐减小到1.0 mol/L,B的浓度由0逐渐增大到2.0 mol/L,则A、C、B的变化浓度分别为3.0 mol/L、1.0 mol/L、2.0 mol/L,因此A、C、B分别表示氢气、氮气和氨气的浓度随反应时间变化的曲线;②由于前25 min内氢气的浓
Δc(H2)度由6.0 mol/L逐渐减小为3.0 mol/L,其变化浓度为3.0 mol/L,则v(H2)=Δt
3.0 mol/L÷25 min=0.12 mol/(L·min);
③根据三行数据法可得:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
-1各组分的起始浓度/mol·L 2.0 6.0 0
-1各组分的变化浓度/mol·L 1.0 3.0 2.0
-1各组分的平衡浓度/mol·L 1.0 3.0 2.0
2c2(NH3)2.0K0.15(保留两位有效数字) c(N2)·c3(H2)1.0×3.03VVm
(4)由于合成氨的正反应的ΔH=-93.0 kJ/mol,则正反应是放热反应,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,即平衡向逆反应方向移动,则反应物浓度增大,氨气浓度减小,根据三行数据法可得:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
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25 min时各组分
-1 1.0 3.0 2.0 浓度/mol·L
各组分的变化
浓度/mol·L-1 0.5 1.5 1.0
35 min时各组分
-1 1.5 4.5 1.0 浓度/mol·L
因此,25 min→35 min,氨气浓度由2.0 mol/L逐渐减小为1.0 mol/L;35 min→40 min,氨气浓度为1.0 mol/L,始终保持不变。(5)氯化铵是强酸弱碱盐,其完全电离出的铵根离子部分水解,生成一水合氨和氢离子,存在水解平衡,设溶液中氢离子浓度为x mol/L,由三行数据法可得:
++NH4+H2ONH3·H2O+H
-1各组分的,起始浓度/mol·L) 0.1 0 0
-1各组分的,变化浓度/mol·L) x x x
-1各组分的,平衡浓度/mol·L) 0.1-x x x
c(NH3·H2O)·c(H+)x2
-9K== +c(NH4)0.1-x
由于铵根离子水解程度很小,则0.1-x≈0.1,则
1.0×10
-10x20.1-x=x20.1=1.0×10,则x=-92,x=1.0×10,则pH=-lgc(H)=5。 -5+
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