Question

【題目】運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究氮、硫單質(zhì)及其化合物性質(zhì)是一個(gè)重要的課題。回答下列問題：

(1)恒容密閉容器中，工業(yè)固氮：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常數(shù)K值和溫度關(guān)系如表：

溫度/℃	25	200	300	400	450
K	5108	1.0	0.86	0.507	0.152

①?gòu)纳媳砹谐鰯?shù)據(jù)分析，該反應(yīng)為__________反應(yīng)(填：“吸熱”或“放熱”)。

②有關(guān)工業(yè)合成氨的研究成果，曾于1918年、1931年、2007年三次榮膺諾貝爾獎(jiǎng)。下列關(guān)于關(guān)于合成氨反應(yīng)描述的圖像中，不正確的是_________(填：字母選項(xiàng))。

③450℃時(shí)，測(cè)得某時(shí)刻氨氣、氮?dú)�、氫氣物質(zhì)的量濃度分別為3mol/L、2mol/L、1mol/L時(shí)，該反應(yīng)的v(正)____________v(逆)(填“>”、“=”或“<”)。

(2)近年，科學(xué)家又提出在常溫、常壓、催化劑等條件下合成氨氣的新思路，反應(yīng)原理為：2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g)，則其反應(yīng)熱ΔH＝___________________。(已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H＝－92.4kJ·mol－1 2H2(g) +O2(g)2H2O(l) △H＝－571.6kJ·mol－1 )

(3)聯(lián)氨(N2H4)、二氧化氮(NO2)可與KOH溶液構(gòu)成堿性燃料電池，其電池反應(yīng)原理為2N2H4 +2NO2 = 3N2+8H2O。則負(fù)極的電極反應(yīng)式為__________________________。

(4)部分金屬硫化物的溶度積常數(shù)(Ksp)如下表：

硫化物	CuS	ZnS	MnS	FeS
Ksp	6.3×10－36	2.9×10－25	2.5×10－13	6.3×10－18

由列表數(shù)據(jù)分析推知，向含有Cu2＋、Zn2＋、Mn2＋、Fe2＋的工業(yè)廢水中加入MnS粉末的作用是_____________________________________。

(5)工業(yè)上從廢鉛蓄電池廢液回收鉛的過程中，常用純堿溶液與處理后的鉛膏(主要含PbSO4)發(fā)生反應(yīng)：PbSO4(s)＋CO32－(aq)PbCO3(s)＋SO42－(aq)。已知溶度積常數(shù)：Ksp(PbSO4)=1.6×10-8,Ksp(PbCO3)=7.4×10-14,則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K =_______。

Answer 1

【答案】放熱 C v(正)<v(逆) ΔH＝+ 1530kJ·mol－1 N2H4 －4e－+ 4OH- ＝ N2↑+ 4H2O 使工業(yè)廢水中的Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋的離子轉(zhuǎn)化為沉淀而除去 2.2×105或2.16×105

【解析】

(1)①平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系；

②圖像與平衡移動(dòng)方向的分析；

③通過濃度商判斷平衡移動(dòng)方向；

(2)利用蓋斯定律求反應(yīng)熱；

(1)①?gòu)膱D表中看，溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡逆向移動(dòng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；答案為放熱反應(yīng)；

②A．首先看趨勢(shì)，隨著溫度的升高，正反應(yīng)和逆反應(yīng)速度均增大，再看正逆反應(yīng)速率的大小，隨著溫度的時(shí)候，逆反應(yīng)速率會(huì)大于正反應(yīng)速率，說明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，符合事實(shí)，A項(xiàng)正確，不符合題意；

B．同一個(gè)反應(yīng)不同的溫度下，經(jīng)過相同的時(shí)間測(cè)NH3的百分含量。開始時(shí)溫度很低，化學(xué)反應(yīng)速率慢，因此均向正反應(yīng)方向進(jìn)行，NH3的百分含量增大。隨著溫度的升高，在一段時(shí)間之后達(dá)到了化學(xué)平衡，體現(xiàn)了溫度與平衡的關(guān)系。溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，NH3的百分含量降低，符合反應(yīng)事實(shí)；B項(xiàng)正確，不符合題意；

C．從500℃看到600℃，升高溫度，NH3的百分含量升高，說明升高溫度，正向移動(dòng)，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，與事實(shí)不符，C項(xiàng)錯(cuò)誤，符合題意；

D．從1×107Pa看到2×107Pa，壓強(qiáng)增大，NH3的百分含量增大，正向移動(dòng)，說明正反應(yīng)方向是氣體體積減小的方向，符合反應(yīng)事實(shí)，D項(xiàng)正確，不符合題意；

綜上選C；

③任意時(shí)刻均有濃度商，450℃的平衡常數(shù)K=0.152，Qc>K，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)速率小于逆反應(yīng)速率，則有v(正)<v(逆)；

(2)利用蓋斯定律求反應(yīng)熱，所求反應(yīng)=反應(yīng)①×2－反應(yīng)②×3，△H=2△H1-3△H2=2×(－92.4)-3×(－571.6)kJ·mol－1=+1530 kJ·mol－1；

(3)原電池的負(fù)極，在反應(yīng)中失去電子，化合價(jià)升高，反應(yīng)中N2H4中的N元素的化合價(jià)從－2升高到0，在負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，電解質(zhì)溶液為堿性。電極方程式為N2H4 －4e－+ 4OH- ＝ N2↑+ 4H2O；

(4)從表中可以看出MnS的Ksp最大，其他物質(zhì)的Ksp比其小，其他物質(zhì)更難溶。一個(gè)難溶的電解質(zhì)可以轉(zhuǎn)化物更難溶的電解質(zhì)，加入MnS，其他雜質(zhì)金屬離子可以轉(zhuǎn)化為硫化物，從而除去。答案是使工業(yè)廢水中的Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋的離子轉(zhuǎn)化為沉淀而除去；

(5) 寫出該反應(yīng)PbSO4(s)＋CO32－(aq)PbCO3(s)＋SO42－(aq)的平衡常數(shù)表達(dá)式有，有。