Question

9．氮是地球上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）如圖是1mol NO₂氣體和1mol CO反應(yīng)生成CO₂和NO過程中能量變化示意圖．則反應(yīng)過程中放出的總熱量應(yīng)為234kJ．
（2）在固定體積的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0，其平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如下表：

T/K	298	398	498
平衡常數(shù)K	4.1×106	K1	K2

①寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式．K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
②試判斷K_1＞K₂（填寫“＞”“=”或“＜”）．
③下列各項能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是c（填字母）．
a．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2           b．v（N₂）=3v（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N₂ H₄做火箭發(fā)動機(jī)的燃料時，與氧化劑N₂O₄反應(yīng)生成N₂和水蒸氣．某同學(xué)設(shè)計了一個N₂ H₄-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(fù)極反應(yīng)式為N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；
②理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關(guān)系如丙圖所示（氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），寫出在t₁-t₂時間段鐵電極上的電極反應(yīng)式Cu²⁺+2e^-=Cu；原混合溶液中NaCl的物質(zhì)的量濃度為0.1mol/L．
③在t₂時所得溶液的pH為1．（假設(shè)溶液體積不變）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)能量變化圖，反應(yīng)熱等于正反應(yīng)的活化能減去逆反應(yīng)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(yīng)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�。�
③直接標(biāo)志：①速率關(guān)系：正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，②反應(yīng)體系中各物質(zhì)的百分含量保持不變．
間接標(biāo)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(fù)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(yīng)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(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點后電極反應(yīng)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：解：（1）該反應(yīng)的焓變△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，所以熱化學(xué)方程式為NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1，則反應(yīng)過程中放出的總熱量應(yīng)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(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0為放熱反應(yīng)，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(yīng)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(biāo)志，故a錯誤；
b．平衡時不同物質(zhì)表示速率之比等于系數(shù)之比說明到達(dá)平衡，即3v（N₂）_正=v（H₂）_逆說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故b錯誤；
c．反應(yīng)前后氣體體積減小，若壓強不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故c正確；
d．反應(yīng)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(biāo)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(yīng)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(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，生成氯氣為224mL，由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=2n（Cl₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol，所以c（NaCl）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L；
t₁～t₂電極反應(yīng)式為：（陽極）4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，t₂點后電極反應(yīng)式為：（陽極）4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以在t₁后，石墨電極上的電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極Cu²⁺+2e^-=Cu，所以t₁～t₂鐵電極上的電極反應(yīng)式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu； 0.1mol/L；
③t₂點后電極反應(yīng)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^-）=$\frac{0.112L×4}{22.4L}$=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⁺）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案為：1．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的有關(guān)計算、電解池原理等知識點，題目難度較大，注意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(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．