Question

9．氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有重要作用．請(qǐng)按要求回答下列相關(guān)問(wèn)題：
（1）食品添加劑銨明礬NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O高溫可分解，下列關(guān)于其分解產(chǎn)物的預(yù)測(cè)不合理的是C
A．NH₃、N₂、SO₂、H₂O           
B．NH₃、SO₃、H₂O
C．NH₃、SO₂、H₂O               
D．NH₃、N₂、SO₃、SO₂、H₂O
（2）汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)也會(huì)引發(fā)N₂和O₂反應(yīng)產(chǎn)生大氣污染物NO，其能量變化示意圖為圖1：
該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183.8kJ/mol．
（3）工業(yè)合成氨的反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，分別在T₁、T₂溫度下，改變起始?xì)錃馕镔|(zhì)的量，測(cè)得平衡時(shí)氨的體積分?jǐn)?shù)如圖2示：
①比較在m、n、q三點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N₂的轉(zhuǎn)化率最高的是p點(diǎn)．
②T₂條件下，在2L的密閉容器中，充入x mol N₂和y mol H₂時(shí)，3min達(dá)平衡，此時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率均為a，
寫(xiě)出下列僅含a、x的表達(dá)式（不必化簡(jiǎn)）：
v（N₂）=$\frac{xa}{6}$mol•L^-1•min^-1；該反應(yīng)的平衡常數(shù)的值K=$\frac{16（xa）^{2}}{（x-xa）（3x-3xa）^{3}}$．
③圖象中T₂低于T₁（填“高于”、“低于”、“等于”或“無(wú)法確定”）．
④科學(xué)家采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺ ）實(shí)現(xiàn)氨的電化學(xué)合成，這提高了氮?dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率．寫(xiě)出電化學(xué)合成過(guò)程中發(fā)生還原反應(yīng)的電極方程式：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．
（4）將質(zhì)量相等的四份鐵粉和銅粉的均勻混合物，分別加入同濃度稀硝酸充分反應(yīng)，（假設(shè)硝酸的還原產(chǎn)物只有NO）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

編 號(hào)	①	②	③	④
稀硝酸體積/mL	100mL	200mL	300mL	400mL
剩余金屬/g	18.0g	9.6g	0	0
NO體積/L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）	2.24L	4.48L	6.72L	V

下列有關(guān)分析推斷正確的是AC．
A．硝酸起始濃度為4mol/L    
B．①中溶解了5.6g Fe
C．③中n（Cu²⁺）=0.15mol         
D．④中V=6.72L．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)前后元素化合價(jià)變化情況是否合理來(lái)分析；
（2）根據(jù)能量變化圖計(jì)算反應(yīng)熱，反應(yīng)熱=吸收的總能量-放出的總能量，再根據(jù)熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)規(guī)則書(shū)寫(xiě)；
（3）①根據(jù)平衡轉(zhuǎn)化率的判斷，兩種或兩種以上的反應(yīng)物，增加其中一種物質(zhì)的物質(zhì)的量，提高另外一種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，自身的轉(zhuǎn)化率降低；
②考查化學(xué)平衡的計(jì)算----三段式，化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算；
③考查外界條件改變（溫度）對(duì)化學(xué)平衡的影響；升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，降低溫度，平衡向放熱方向移動(dòng)．通過(guò)圖象反應(yīng)化學(xué)平衡移動(dòng)定律．
④考查電化學(xué)中給定條件下的電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)；有氧化還原知識(shí)判斷反應(yīng)物和生成物，根據(jù)化合價(jià)變化確定得電子數(shù)目，根據(jù)反應(yīng)所處的介質(zhì)補(bǔ)H⁺．
（4）B、由表中數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)①②中金屬均過(guò)量，所以鐵的氧化產(chǎn)物是硝酸亞鐵．實(shí)驗(yàn)②比實(shí)驗(yàn)①多溶解了18.0g-9.6g=8.4g金屬，而還原產(chǎn)物NO多了4.48L-2.24L=2.24L，即物質(zhì)的量是0.1mol，轉(zhuǎn)移0.1mol×（5-2）=0.3mol，根據(jù)得失電子數(shù)目相等，因此金屬的相對(duì)原子質(zhì)量=8.4÷（0.3÷2）=56，這說(shuō)明溶解的金屬恰好是鐵，因此實(shí)驗(yàn)①中也恰好溶解了8.4g鐵．
A、實(shí)驗(yàn)①中生成硝酸亞鐵0.15mol，NO是0.1mol，實(shí)驗(yàn)根據(jù)氮原子守恒可知，參加反應(yīng)的硝酸是0.15mol×2+0.1mol=0.4mol，所以稀硝酸的濃度是0.4mol÷0.1L=4mol/L；
C、實(shí)驗(yàn)③比實(shí)驗(yàn)②多溶解了9.6g金屬，多生成的NO是6.72L-4.48L=2.24L，物質(zhì)的量是0.1mol，轉(zhuǎn)移0.1mol×（5-2）=0.3mol．如果9.6g金屬恰好是銅，則移電子是$\frac{9.6g}{64g/mol}$×2=0.3mol，這說(shuō)明9.6g金屬就是Cu，實(shí)驗(yàn)③中n（Cu²⁺）=$\frac{0.3mol/L}{2}$=0.15mol/L．
D．實(shí)驗(yàn)③中，金屬全部溶解，但由于溶液中含有Fe²⁺，所以繼續(xù)加入硝酸或繼續(xù)產(chǎn)生NO，④中V＞6.72 L．

解答 解：（1）A、生成N₂，N元素化合價(jià)升高了，生成SO₂，S元素化合價(jià)降低了，符合氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測(cè)合理，A正確；
B、生成NH₃、SO₃、H₂O均沒(méi)有化合價(jià)變化，為非氧化還原反應(yīng)，預(yù)測(cè)合理，B正確；
C、生成SO₂，S元素化合價(jià)降低，生成SO₃，沒(méi)有元素化合價(jià)的升高，不符合氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測(cè)不合理，C錯(cuò)誤；
D、既有元素化合價(jià)的升高又有元素化合價(jià)的降低，預(yù)測(cè)合理，A正確．
故選：C．
（2）現(xiàn)根據(jù)題意寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的方程式：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）
△H=吸收的總能量-放出的總能量=945.8KJ/mol+498KJ/mol-2×630KJ/mol=183.8KJ/mol
故答案為：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+183.8 kJ/mol．
（3）①根據(jù)平衡轉(zhuǎn)化率的判斷，兩種或兩種以上的反應(yīng)物，增加其中一種物質(zhì)的物質(zhì)的量，提高另外一種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，自身的轉(zhuǎn)化率降低，故
H₂的物質(zhì)的量越大，N₂的轉(zhuǎn)化率越高，所以P點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率最高；
故答案為：P．
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）           因?yàn)榉磻?yīng)物的轉(zhuǎn)化率均為a，所以α（H2）=$\frac{y}{3xa}$=a，所以y=3x
起始濃度：$\frac{x}{2}$      $\frac{y}{2}$        0
變化濃度：$\frac{xa}{2}$     $\frac{3xa}{2}$      xa
平衡濃度：$\frac{x-xa}{2}$    $\frac{y-3xa}{2}$  xa
v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{xa}{6}$mol•L^-1•min^-1
K=$\frac{（xa）^{2}}{\frac{（x-xa）}{2}\frac{（y-3xa）^{3}}{8}}$=$\frac{16（xa）^{2}}{（x-xa）（-3xa）^{3}}$=$\frac{16（xa）^{2}}{（x-xa）（3x-3xa）^{3}}$
故答案為：$\frac{xa}{6}$mol•L^-1•min^-1；$\frac{16（xa）^{2}}{（x-xa）（3x-3xa）^{3}}$；
③（垂直于x軸作一條輔助線(xiàn)，選擇H₂的物質(zhì)的量相同的，溫度不同的兩個(gè)點(diǎn)）假設(shè)T₂＞T₁，升高溫度有T₁到T₂，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，
溫度升高平衡逆向移動(dòng)，NH₃%減小，與圖象所示相反，故假設(shè)錯(cuò)了，應(yīng)該是T₁＞T₂；
故答案為：低于．
④由題意可知：寫(xiě)出電化學(xué)合成過(guò)程中發(fā)生還原反應(yīng)，是化合價(jià)升高的反應(yīng)，從總方程式可知，N₂到NH₃，2個(gè)0價(jià)的N到2個(gè)-3價(jià)的N得到6個(gè)電子，
根據(jù)題目中告訴傳導(dǎo)H⁺，故根據(jù)電荷守恒，式子左邊不6H⁺，得電極反應(yīng)式為N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．
故答案為：N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．
（4）B、鐵的金屬性強(qiáng)于銅，所以稀硝酸首先氧化單質(zhì)鐵，然后再氧化單質(zhì)銅．由表中數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)①②中金屬均過(guò)量，所以鐵的氧化產(chǎn)物是硝酸亞鐵．實(shí)驗(yàn)②比實(shí)驗(yàn)①多溶解了18.0g-9.6g=8.4g金屬，而還原產(chǎn)物NO多了4.48L-2.24L=2.24L，即物質(zhì)的量是0.1mol，轉(zhuǎn)移0.1mol×（5-2）=0.3mol．所以8.4g金屬也轉(zhuǎn)移0.3mol電子，因此金屬的相對(duì)原子質(zhì)量=8.4÷（0.3÷2）=56，這說(shuō)明溶解的金屬恰好是鐵，因此實(shí)驗(yàn)①中也恰好溶解了8.4g鐵，B不正確；
A、實(shí)驗(yàn)①中生成硝酸亞鐵0.15mol，NO是0.1mol，實(shí)驗(yàn)根據(jù)氮原子守恒可知，參加反應(yīng)的硝酸是0.15mol×2+0.1mol=0.4mol，所以稀硝酸的濃度是0.4mol÷0.1L=4mol/L；
C、實(shí)驗(yàn)③比實(shí)驗(yàn)②多溶解了9.6g金屬，多生成的NO是6.72L-4.48L=2.24L，物質(zhì)的量是0.1mol，轉(zhuǎn)移0.1mol×（5-2）=0.3mol．如果9.6g金屬恰好是銅，則移電子$\frac{9.6g}{64g/mol}$×2=0.3mol，這說(shuō)明9.6g金屬就是Cu，n（Cu²⁺）=$\frac{0.3mol/L}{2}$=0.15mol/L，C正確；      
D．實(shí)驗(yàn)③中，金屬去不溶解，但由于溶液中含有Fe²⁺，所以繼續(xù)加入硝酸或繼續(xù)產(chǎn)生NO，④中V＞6.72 L所以D不正確．
故答案為：AC．

點(diǎn)評(píng) 本題目為綜合性題目，考查了熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)，化學(xué)平衡的三段式計(jì)算，影響化學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率的因素及給定條件下電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)（注意反應(yīng)的酸堿介質(zhì)問(wèn)題）．特別是第（4）題，本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷各階段發(fā)生的反應(yīng)是解題關(guān)鍵，側(cè)重對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，本題過(guò)程復(fù)雜、計(jì)算量較大，為易錯(cuò)題目，難度較大．