Question

4．（1）目前工業(yè)合成氨的原理是N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1．
已知一定條件下：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1 530.0kJ•mol^-1．則氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ/mol．
（2）如圖，在容積為1L，溫度為T₁的恒溫恒容裝置中進(jìn)行合成氨反應(yīng)．
①前25min內(nèi)，用H₂濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率是0.12mol/（L•min）．
②在25min末剛好平衡，則平衡常數(shù)K=0.15．
③另一溫度為T₂的恒壓的容器中，充入1molN₂和3molH₂，起始時(shí)體積為2L，達(dá)平衡時(shí)NH₃的濃度為1mol/L，則T₂＜T₁（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）在恒溫恒壓裝置中進(jìn)行工業(yè)合成氨反應(yīng)，下列說法正確的是AD．
A．當(dāng)氣體體積不再變化時(shí)，則氣體的平均摩爾質(zhì)量也不變化
B．當(dāng)氣體密度不再變化，v_正＞v_逆
C．平衡后，往裝置中通入一定量Ar，壓強(qiáng)不變，平衡不移動(dòng)
D．平衡后，壓縮容器，N₂的濃度增大
（4）汽車尾氣中的SO₂可用石灰水來吸收，生成亞硫酸鈣濁液．常溫下，測(cè)得某純CaSO₃與水形成的濁液pH為9，已知K_a1（H₂SO₃）=1.8×10^-2，K_a2（H₂SO₃）=6.0×10^-9，忽略SO₃^2-的第二步水解，則K_sp（CaSO₃）=4.2×10^-9（注意水解掉的SO₃^2-與原SO₃^2-比是否可以忽略不計(jì)）．
（5）直接供氨式燃料電池是以NaOH溶液為電解質(zhì)溶液，電池反應(yīng)為4NH₃（g）+3O₂═2N₂+6H₂O．則負(fù)極電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：①2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+l530.0kJ•mol^-1，
②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，（②×2-①）÷6可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）；
（2）①同一可逆反應(yīng)中同一段時(shí)間內(nèi)，各物質(zhì)濃度變化量之比等于其計(jì)量數(shù)之比，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)△c（A）=（6.0-3.0）mol/L=3.0mol/L、△c（B）=（2.0-0）mol/L=2.0mol/L、△c（C）=（2.0-1.0）mol/L=1.0mol/L，根據(jù)圖知，A、C是反應(yīng)物、B是生成物，A、C、B的計(jì)量數(shù)之比=3.0mol/L：1.0mol/L：2.0mol/L=3：1：2，所以A表示氫氣的反應(yīng)，v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$；
②化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）．c（{N}_{2}）}$；
③設(shè)反應(yīng)容器體積為xL，則生成的n（NH₃）=xmol，
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）
1mol    3mol     0
0.5xmol 1.5xmol  xmol
（1-0.5x）mol （3-1.5x）mol xmol
恒溫恒壓下，氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比，
所以$\frac{4mol}{4mol-xmol}$=$\frac{2L}{xL}$
x=$\frac{4}{3}$
則平衡時(shí)c（NH₃）=1mol/L、c（N₂）=$\frac{1-\frac{1}{2}×\frac{4}{3}}{\frac{4}{3}}$mol/L=0.25mol/L，c（H₂）=$\frac{3-1.5×\frac{4}{3}}{\frac{4}{3}}$mol/L=0.75mol/L，
化學(xué)平衡常數(shù)=$\frac{{1}^{2}}{0.25×0.7{5}^{3}}$=9.5
根據(jù)這兩種溫度下的平衡常數(shù)相對(duì)大小判斷溫度相對(duì)大��；
（3）A．恒溫恒壓下，氣體體積之比等于其物質(zhì)的量之比，當(dāng)氣體體積不再變化時(shí)，各氣體的物質(zhì)的量不再變化，根據(jù)M=$\frac{m}{n}$判斷；
B．恒溫恒壓下，氣體密度與摩爾質(zhì)量成正比，當(dāng)氣體密度不再變化，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
C．平衡后，往裝置中通入一定量Ar，總壓強(qiáng)不變，但參加反應(yīng)的氣體分壓減�。�
D．平衡后，壓縮容器，氣體壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)；
（4）常溫下，測(cè)得某純CaSO₃與水形成的濁液pH為9，由可知CaSO₃（s）?Ca²⁺（aq）+SO₃^2-（aq），且SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，由K_a2（H₂SO₃）=6.0×10^-9可知SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-的水解Kh=$\frac{1{0}^{-14}}{6×1{0}^{-9}}$=1.67×10^-4，以此計(jì)算c（SO₃^2-），溶液中c（Ca²⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），結(jié)合K_sp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）×c（SO₃^2-）計(jì)算；
（5）根據(jù)電池反應(yīng)式知，負(fù)極上氨氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）已知：①2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+l530.0kJ•mol^-1，
②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，（②×2-①）÷6可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ/mol
故答案為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-286kJ/mol；
（2）①同一可逆反應(yīng)中同一段時(shí)間內(nèi)，各物質(zhì)濃度變化量之比等于其計(jì)量數(shù)之比，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)△c（A）=（6.0-3.0）mol/L=3.0mol/L、△c（B）=（2.0-0）mol/L=2.0mol/L、△c（C）=（2.0-1.0）mol/L=1.0mol/L，根據(jù)圖知，A、C是反應(yīng)物、B是生成物，A、C、B的計(jì)量數(shù)之比=3.0mol/L：1.0mol/L：2.0mol/L=3：1：2，所以A表示氫氣的反應(yīng)，v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{3.0mol/L}{25min}$=0.12mol/（L．min），
故答案為：0.12；
②化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）．c（{N}_{2}）}$=$\frac{2．{0}^{2}}{3．{0}^{3}×1.0}$=0.15，
故答案為：0.15；
③設(shè)反應(yīng)容器體積為xL，則生成的n（NH₃）=xmol，
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）
1mol    3mol     0
0.5xmol 1.5xmol  xmol
（1-0.5x）mol （3-1.5x）mol xmol
恒溫恒壓下，氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比，
所以$\frac{4mol}{4mol-xmol}$=$\frac{2L}{xL}$
x=$\frac{4}{3}$
則平衡時(shí)c（NH₃）=1mol/L、c（N₂）=$\frac{1-\frac{1}{2}×\frac{4}{3}}{\frac{4}{3}}$mol/L=0.25mol/L，c（H₂）=$\frac{3-1.5×\frac{4}{3}}{\frac{4}{3}}$mol/L=0.75mol/L，
化學(xué)平衡常數(shù)=$\frac{{1}^{2}}{0.25×0.7{5}^{3}}$=9.5＞0.15，
該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡常數(shù)增大，所以T₂＜T₁，
故答案為：＜；
（3）A．恒溫恒壓下，氣體體積之比等于其物質(zhì)的量之比，當(dāng)氣體體積不再變化時(shí)，各氣體的物質(zhì)的量不再變化，根據(jù)M=$\frac{m}{n}$知，混合氣體質(zhì)量始終不變，當(dāng)物質(zhì)的量不變時(shí)其平均摩爾質(zhì)量不變，故正確；
B．恒溫恒壓下，氣體密度與摩爾質(zhì)量成正比，當(dāng)氣體密度不再變化，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則正逆反應(yīng)速率相等，故錯(cuò)誤；
C．平衡后，往裝置中通入一定量Ar，總壓強(qiáng)不變，但參加反應(yīng)的氣體分壓減小，平衡逆向移動(dòng)，故錯(cuò)誤；
D．平衡后，壓縮容器，氣體壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，但參加反應(yīng)的氣體物質(zhì)的量濃度小于氣體增加的物質(zhì)的量濃度，所以氮?dú)鉂舛仍龃�，故正確；
故選AD；
（4）由K_a2（H₂SO₃）=6.0×10^-9可知SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-的水解Kh=$\frac{1{0}^{-14}}{6×1{0}^{-9}}$=1.67×10^-4，常溫下，測(cè)得某純CaSO₃與水形成的濁液pH為9，c（HSO₃^-）=c（OH^-）=1×10^-5，
可知c（SO₃^2-）=$\frac{（1×1{0}^{-5}）^{2}}{1.67×1{0}^{-4}}$=6×10^-5，
又c（Ca²⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）=7×10^-5，
K_sp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）×c（SO₃^2-）=7×10^-5×6×10^-5=4.2×10^-9，
故答案為：4.2×10^-9；
（5）原電池負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該燃料電池中負(fù)極氨氣失去電子生成氮?dú)�，電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡計(jì)算、原電池原理、溶度積計(jì)算、蓋斯定律等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，平衡常數(shù)及溶度積有關(guān)計(jì)算是難點(diǎn)，解答時(shí)要明確各個(gè)物理量的關(guān)系，書寫電極反應(yīng)式要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫，題目難度較大．