Question

4．氫氣是一種高能燃料，也廣范應(yīng)用在工業(yè)合成中．
（1）標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓是指在25℃和101kPa，最穩(wěn)定的單質(zhì)生成1mol化合物的焓變．已知25℃和101kPa時下列反應(yīng)：
①2C₂H₆（g）+7O₂（g）═4CO₂（g）+6H₂O（l）△H=-3116kJ•mol^-1
②C（石墨，s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H=-571.6kJ•mol^-1
寫出乙烷標(biāo)準(zhǔn)生成焓的熱化學(xué)方程式：2C（石墨）+3H2（g）=C₂H₆（g）△H=-86.4kJ/mol．
（2）已知合成氨的反應(yīng)為：N₂+3H₂?2NH₃△H＜0．某溫度下，若將1molN₂和2.8molH₂分別投入到初始體積為2L的恒溫恒容、恒溫恒壓和恒容絕熱的三個密閉容器中，測得反應(yīng)過程中三個容器（用a、b、c表示）內(nèi)N₂的轉(zhuǎn)化率隨時間的變化如圖所示，請回答下列問題：
①圖中代表反應(yīng)在恒容絕熱容器中進(jìn)行的曲線是c（用a、b、c表示）．
②曲線a條件下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=800．
③b容器中M點(diǎn)，v（正）小于 v（逆）（填“大于”、“小于”．或“等于”）．
（3）利用氨氣可以設(shè)計成高能環(huán)保燃料電池，用該電池電解含有NO₂^-的堿性工業(yè)廢水，在陰極產(chǎn)生N₂．陰極電極反應(yīng)式為2NO₂^-+6e^-+4H₂O=N₂↑+8OH^-；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，當(dāng)陰極收集到1l.2LN₂時，理論上消耗NH₃的體積為22.4L．
（4）氨水是制備銅氨溶液的常用試劑，通過以下反應(yīng)及數(shù)據(jù)來探究配制銅氨溶液的最佳途徑．
已知：Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺+2OH^-   K_sp=2.2×10^-20
Cu²⁺+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]₂+（深藍(lán)色）+4H₂O   K_β=7.24×10¹²
①請用數(shù)據(jù)說明利用該反應(yīng)：Cu（OH）₂（s）+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-配制銅氨溶液是否可行：該反應(yīng)的K=Ksp•Kβ=1.6×10^-7＜10^-5，所以反應(yīng)很難進(jìn)行．
②已知反應(yīng)Cu（OH）₂（s）+2NH₃•H₂O+2NH₄⁺?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O   K=5.16×10²．向盛有少量Cu（OH）₂固體的試管中加入14mol/L的氨水，得到懸濁液；此時若加入適量的硫酸按固體，出現(xiàn)的現(xiàn)象為固體溶解，得到深藍(lán)色溶液；解釋出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是溶液中存在平衡Cu（OH）₂（s）+2NH₃•H₂O+2NH₄⁺?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O，加入硫酸按固體增大了按根離子濃度，平衡正向移動．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律分析解答；
（2）①N₂+3H₂?2NH₃△H＜0，而恒容絕熱容器中進(jìn)行，所以體系溫度最高，反應(yīng)速率最快，達(dá)平衡的時間最短；
②平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度不變K不變，而曲線a和曲線b的溫度相同；
③b容器中M點(diǎn)，最終達(dá)平衡狀態(tài)，所以氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動，則v（正）小于v（逆）；
（3）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2NO₂^-+6e^-+4H₂O=N₂↑+8OH^-；陰極收集到1l.2LN₂時，即物質(zhì)的量為0.5mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，求消耗NH₃的體積；
（4）①K＜10^-5化學(xué)反應(yīng)不發(fā)生，再根據(jù)①Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺+2OH^- K_sp=2.2×10^-20；②Cu²⁺+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]₂+（深藍(lán)色）+4H₂O K_β=7.24×10¹²，反應(yīng)Cu（OH）₂（s）+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-，由①+②得到；
②氫氧化四氨合銅是強(qiáng)堿，加硫酸使Cu（OH）₂（s）+2NH₃•H₂O+2NH₄⁺?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O平衡正向移動，而絡(luò)離子要穩(wěn)定存在必須在堿性條件下，所以觀察絡(luò)離子溶解，得到深藍(lán)色的溶液；

解答 解：（1）①2C₂H₆（g）+7O₂（g）═4CO₂（g）+6H₂O（l）△H=-3116kJ•mol^-1；②C（石墨，s+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1；③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H=-571.6kJ•mol^-1；根據(jù)蓋斯定律可知：△H=-$\frac{①}{2}$+2②+$\frac{3}{2}③$，即乙烷標(biāo)準(zhǔn)生成焓的熱化學(xué)方程式：2C（石墨）+3H2（g）=C₂H₆（g）△H=-86.4kJ/mol，故答案為：2C（石墨）+3H2（g）=C₂H₆（g）△H=-86.4kJ/mol；
（2）①N₂+3H₂?2NH₃△H＜0，而恒容絕熱容器中進(jìn)行，所以體系溫度最高，反應(yīng)速率最快，達(dá)平衡的時間最短，而由圖可知消耗時間最短的是c，故選：c；
②平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度不變K不變，而曲線a和曲線b的溫度相同，
          N₂ +3H₂ ?2NH₃，
初起：1mol      2.8mol    0
變化：0.8mol   2.4mol    1.6mol
平衡：0.2mol    0.4mol    1.6mol
所以K_b=$\frac{0．{8}^{2}}{0．{2}^{3}×0.1}$=800=K_a，故答案為：800；
③b容器中M點(diǎn)，最終達(dá)平衡狀態(tài)，所以氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動，則v（正）小于v（逆），故答案為：小于；
（3）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2NO₂^-+6e^-+4H₂O=N₂↑+8OH^-；陰極收集到1l.2LN₂時，即物質(zhì)的量為0.5mol，轉(zhuǎn)移電子數(shù)的物質(zhì)的量為：3mol，所以消耗氨氣的物質(zhì)的量為：1mol，則標(biāo)況下的體積為22.4L，
故答案為：2NO₂^-+6e^-+4H₂O=N₂↑+8OH^-；22.4L；
（4）①K＜10^-5化學(xué)反應(yīng)不發(fā)生，再根據(jù)①Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺+2OH^- K_sp=2.2×10^-20、②Cu²⁺+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]₂+（深藍(lán)色）+4H₂O K_β=7.24×10¹²，由①+②得到Cu（OH）₂（s）+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-，所以該反應(yīng)的K=Ksp•Kβ=1.6×10^-7＜10^-5，所以反應(yīng)很難進(jìn)行，
故答案為：該反應(yīng)的K=Ksp•Kβ=1.6×10^-7＜10^-5，所以反應(yīng)很難進(jìn)行；
②氫氧化四氨合銅是強(qiáng)堿，加硫酸使Cu（OH）₂（s）+2NH₃•H₂O+2NH₄⁺?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O平衡正向移動，而絡(luò)離子要穩(wěn)定存在必須在堿性條件下，所以觀察絡(luò)離子溶解，得到深藍(lán)色的溶液，
故答案為：固體溶解，得到深藍(lán)色溶液；溶液中存在平衡Cu（OH）₂（s）+2NH₃•H₂O+2NH₄⁺?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O，加入硫酸按固體增大了按根離子濃度，平衡正向移動．

點(diǎn)評 本題考查圖象的分析、平衡常數(shù)的計算、電極反應(yīng)式的書寫和平衡的移動，綜合性強(qiáng)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生綜合運(yùn)用能力及分析判斷能力，題目難度中等．