Question

20．運用化學反應原理研究氮、磷等單質及其化合物的反應有重要意義．
（1）試判斷用于汽車凈化的一個反應2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g），在298K、100kPa下能否自發(fā)進行能（填“能”或“否”）．已知：在298K、100kPa下該反應的△H=-113.0kJ•mol^-1，△S=-145.3J•mol^-1•K^-1．
（2）25℃下，將a mol•L^-1的氨水與0.005mol•L^-1的硫酸等體積混合，反應平衡時溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-），用含a的代數式表示NH₃•H₂O的電離常數K_b=$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$．
（3）25℃時，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=2.6×10^-9，現將BaCl₂溶液滴入濃度均為0.01mol•L^-1的Na₂SO₄和Na₂CO₃的混合溶液中，當兩種沉淀共存時，溶液中c （CO₃^2-）：c（SO₄^2-）=260：11（不考慮CO₃^2-的水解）
（4）次磷酸（H₃PO₂）是一種一元中強酸，重要的精細化工產品．
①寫出次磷酸的電離方程式：H₃PO₂?H₂PO₂^-+H⁺．
②已知某溫度下0.01mol/L的NaOH溶液pH=10，將該NaOH溶液與等濃度等體積的H₃PO₂溶液混合，混合后溶液pH=7，則此時c（OH^-）-c（H₃PO₂）=10^-7．該溫度下將pH=a的鹽酸V_aml與pH=b的氫氧化鈉V_bml混合后溶液呈中性，且a+b=10，則V_a：V_b=1：100．

Answer 1

分析 （1）依據△G=△H-T△S計算判斷，若△G＜0，反應自發(fā)進行，若△G＞0，反應非自發(fā)進行；
（2）在25℃下，將amol/L的氨水與0.005mol/L的硫酸等體積混合，反應平衡時溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），
平衡時溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）=0.01mol/L，根據物料守恒得c（NH₃．H₂O）=（0.5a-0.01）mol/L，根據電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的電離常數K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$；
（3）將BaCl₂溶液滴入濃度均為0.01mol•L^-1的Na₂SO₄和Na₂CO₃的混合溶液中，當兩種沉淀共存時，依據沉淀轉化平衡常數和溶度積常數計算；
（4）①根據H₃PO₂是一元中強酸可知，H₃PO₂是弱電解質，溶液中部分電離出氫離子，據此寫出電離方程式；
②已知某溫度下0.01mol/L的NaOH溶液PH=10，氫離子濃度c（H⁺）=10^-10mol/L，該溫度下Kw=10^-12，將該NaOH溶液與等濃度等體積的H₃PO₂溶液混合，混合后溶液PH=7，溶液顯堿性，溶液中存在電荷守恒和物料守恒計算得到離子濃度關系，該溫度下將pH=a的鹽酸V_aml與pH=b的氫氧化鈉V_bml混合后溶液呈中性，且a+b=10，氫離子物質的量等于氫氧根離子物質的量列式計算．

解答 解：（1）已知：在298K、100kPa下該反應的△H=-113.0kJ•mol^-1，△S=-145.3J•mol^-1•K^-1，△G=△H-T△S=-113.0 kJ•mol^-1-298 K×（-145.3 J•mol^-1•K^-1）×10^-3≈-69.7 kJ•mol^-1＜0，反應自發(fā)進行，
故答案為：能；
（2）在25℃下，將amol/L的氨水與0.005mol/L的硫酸等體積混合，反應平衡時溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），平衡時溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）=0.005mol/L，根據物料守恒得c（NH₃．H₂O）=（0.5a-0.005）mol/L，根據電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的電離常數K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{1×1{0}^{-7}×0.005}{0.5a-0.005}$=$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$，
故答案為：$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$；
（3）298K時，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=2.6×10^-9，現將BaCl₂溶液滴入濃度均為0.01mol•L^-1的Na₂SO₄和Na₂CO₃的混合溶液中，當兩種沉淀共存時，BaCO₃+SO₄^2-=BaSO₄+CO₃^2-，K=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$×$\frac{c（B{a}^{2+}）}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（BaC{O}_{3}）}{Ksp（BaS{O}_{4}）}$=$\frac{2.6×1{0}^{-9}}{1.1×1{0}^{-10}}$=$\frac{260}{11}$，溶液中c （CO₃^2-）：c （SO₄^2-）=260：11，
故答案為：260：11；
（4）①H₃PO₂是一元中強酸，溶液中部分電離出氫離子，所以其電離方程式為H₃PO₂?H₂PO₂^-+H⁺，故答案為：H₃PO₂?H₂PO₂^-+H⁺；
②已知某溫度下0.01mol/L的NaOH溶液pH=10，氫離子濃度c（H⁺）=10^-10mol/L，該溫度下K_w=10^-12，將該NaOH溶液與等濃度等體積的H₃PO₂溶液混合恰好反應生成鹽為NaH₂PO₂，混合后溶液PH=7，溶液顯堿性，溶液中存在電荷守恒為：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（H₂PO₂ ^-），物料守恒為：c（Na⁺）=c（H₂PO₂^-）+c（H₃PO₂）計算得到離子濃度關系，c（OH^-）-c（H₃PO₂）=c（H⁺）=10^-7mol/L，該溫度下將pH=a的鹽酸V_aml與pH=b的氫氧化鈉V_bml混合后溶液呈中性，且a+b=10，氫離子物質的量等于氫氧根離子物質的量，Va ml×10^-amol/L=Vbml×$\frac{1{0}^{-12}}{1{0}^{-b}}$，Va：Vb=10^-12+a+b，a+b=10，Va：V_b=1：100，
故答案為：10^-7；1：100．

點評 本題考查了溶液中各種離子濃度大小的比較、混合溶液pH值的計算、平衡常數的計算等知識點，難度中等，注意酸堿混合溶液中pH值的計算時溶液的體積為混合體積，否則會導致錯誤．