Question

氮是地球是含量豐富的一種元素，氮及其化合物在生產(chǎn)生活中有著重要作用．
（1）圖丁是1molNO₂氣體和1molCO反應生成CO₂和NO過程中能量變化示意圖．則反應過程中放出的總熱量應為

 

．
（2）在固定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，其平衡常數(shù)K與溫度T的關系如下表：

T/K	298	398	498
K/	4.1×106	K1	K2

①寫出該反應的平衡常數(shù)表達式．K=

 

．
②試判斷K₁

 

K₂（填寫“＞”“=”或“＜”）
③下列各項能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的依據(jù)的是

 

（填字母）
a．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2   b．υ（N₂）=3υ（H₂）
c．容器內(nèi)壓強保持不變                     d．混合氣體的密度保持不變
（3）化合物N₂H₄做火箭發(fā)動機的燃料時，與氧化劑N₂O₄反應生成N₂和水蒸汽．某同學設計了一個N₂H₄-空氣堿性燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如圖所示．
①該燃料電池的負極反應式為：

 

；
②理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如丙圖中曲線Ⅰ、Ⅱ所示（氣體體積已換算成標準狀況下的體積），寫出在t₁-t₂時間段鐵電極上的電極反應式

 

；原混合溶液中NaCl的物質(zhì)的量濃度為

 

．
③在t₂時所得溶液的pH為

 

．（假設溶液體積不變）

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,反應熱和焓變,化學電源新型電池,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）根據(jù)能量變化圖，反應熱等于正反應的活化能減去逆反應的活化能；
（2）①依據(jù)平衡常數(shù)等于平衡生成物濃度的冪次方乘積除以反應物濃度的冪次方乘積；
②根據(jù)升高溫度平衡吸熱方向移動以及平衡逆向移動平衡常數(shù)減小；
③直接標志：①速率關系：正反應速率與逆反應速率相等，②反應體系中各物質(zhì)的百分含量保持不變．
間接標志：①混合氣體的總壓強、總體積、總物質(zhì)的量不隨時間的改變而改變（m+n≠p+q）；②各物質(zhì)的濃度、物質(zhì)的量不隨時間的改變而改變；③各氣體的體積、各氣體的分壓不隨時間的改變而改變；
（3）電池通入肼N₂H₄的為負極，乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，依據(jù)生成的遷移體積計算物質(zhì)的量得到氯化鈉物質(zhì)的量計算濃度，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點后電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，根據(jù)氧氣的量計算氫氧根離子的物質(zhì)的量，水電離出等物質(zhì)的量的氫離子和氫氧根離子，根據(jù)公式計算得出C（H⁺），從而得出溶液的pH．

解答： 解：（1）該反應的焓變△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，所以熱化學方程式為NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ?mol^-1，則反應過程中放出的總熱量應為234kJ，
故答案為：234kJ；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，平衡常數(shù)計算表達式k=

c2(NH3)

c3(H2)c(N2)

，故答案為：

c2(NH3)

c3(H2)c(N2)

；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
③a．平衡時反應混合物中各組分的含量保持不變，但容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比不一定為為1：3：2，所以不能作為平衡的標志，故a錯誤；   
b．不同物質(zhì)表示速率之比等于系數(shù)之比不能說明到達平衡，當3v（N₂）_正=v（H₂）_逆說明反應達到平衡，故b錯誤；
c．反應前后氣體體積減小，若壓強不變，說明反應達到平衡，故c正確；
d．反應前后氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，所以密度不變，所以混合氣體的密度保持不變不能作為平衡的標志，故d錯誤；
故答案為：c；
（3）①肼燃料電池中，在堿性條件下，N₂H₄失電子生成氮氣與水，電極反應式為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O，
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O；
②乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，生成氯氣為224ml，物質(zhì)的量為0.01mol，原溶液中氯化鈉物質(zhì)的量為0.02mol，氯化鈉濃度=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L；t₁～t₂電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，t₂點后電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以在t₁后，石墨電極上的電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；t₁～t₂電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點后電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，t₁～t₂Ⅱ產(chǎn)生的氣體體積=0.336L-0.224L=0.112L，陽極上生成112mL氧氣需要n（OH^-）=

0.112L×4mol

22.4L

=0.02mol，水電離出等物質(zhì)的量的氫離子和氫氧根離子，所以n（H⁺）=0.02mol，c（H⁺）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，0.1mol/L；1．

點評：本題考查了化學平衡的有關計算、電解池原理等知識點，電解硫酸銅和氯化鈉混合溶液時，明確離子的放電順序是解本題的關鍵，難度較大．