Question

4．請根據(jù)化學學科中的基本理論，回答下列問題：

（1）納米級的Cu₂O可作為太陽光分解水的催化劑．火法還原CuO可制得Cu₂O．已知：1克C（s）燃燒全部生成CO時放出熱量9.2kJ；Cu₂O（s）與O₂（g）反應(yīng)的能量變化如圖1所示；請寫出用足量炭粉還原CuO（s）制備Cu₂O（s）的熱化學方程式2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s）△H=+35.6kJ•mol^-1
（2）在加熱條件下用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時生成N₂和H₂O．該反應(yīng)的化學方程式為4Cu（OH）₂+N₂H₄=2Cu₂O+N₂+6H₂O
（3）某興趣小組同學以納米級Cu₂O催化光解水蒸氣并探究外界條件對化學平衡的影響．
①在體積均為1L，溫度分別為T₁、T₂的A、B兩密閉容器中都加入納米級Cu₂O并通人0.1mol水蒸氣，反應(yīng)：2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ•mol^-1經(jīng)測定A、B兩容器在反應(yīng)過程中發(fā)生如圖2所示變化，則A、B兩容器反應(yīng)的溫度T₁＞T₂（填“＜”、“=”或“＞”），該過程中A容器至少需要吸收能量16.1kJ．
②當該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時，下列既能增大反應(yīng)速率，又能增大H₂O（g）分解率的措施是（填序號）B．
A．向平衡混合物中充入Ar      B．升高反應(yīng)的溫度
C．增大反應(yīng)體系的壓強         D．向平衡混合物中充人O₂
（4）25℃時，H₂SO₃?HSO₃^-+H⁺的電離常數(shù)K_a=1×10^-2mol/L，則該溫度下NaHSO₃的水解平衡常數(shù)K_h=1.0×10^-12mol/L．

Answer 1

分析 （1）分析圖象結(jié)合熱化學方程式和蓋斯定律解答．
（2）液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時生成N₂和H₂O，根據(jù)原子守恒書寫化學方程式，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目守恒計算；
（3）①依據(jù)化學方程式結(jié)合圖象中t₁中氫氣含量計算分析；
②既能增大反應(yīng)速率，又能增大H2O（g）分解率的條件為升溫，減壓，依據(jù)平衡移動原理分析判斷；
（4）Ka=$\frac{c（HS{{O}_{3}}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$，HSO₃^-+H₂O═H₂SO₃+OH^-，Kh=$\frac{c（{H}_{2}S{O}_{3}）Kw}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）c（{H}^{+}）}$=1.0×10²×1.0×10^-14=1.0×10^-12．

解答 解：（1）已知：1g C（s）燃燒全部生成CO時放出熱量9.2kJ；24gC燃燒生成一氧化碳放熱220.8KJ，熱化學方程式為：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-220.8kJ•mol^-1，依據(jù)圖象書寫熱化學方程式2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-292kJ•mol^-1；
①2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-292kJ•mol^-1     
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-220.8kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①得4CuO（s）+2C（s）=2CO（g）+2Cu₂O（s），△H=+71kJ•mol^-1
即2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.6kJ•mol^-1
故答案為：2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s）△H=+35.6kJ•mol^-1；
（2）用液態(tài)肼（N₂H₄）還原新制Cu（OH）₂可制備納米級Cu₂O，同時生成N₂和H₂O，反應(yīng)的化學方程式為：4Cu（OH）₂+N₂H₄=2Cu₂O+N₂+6H₂O，
故答案為：4Cu（OH）₂+N₂H₄=2Cu₂O+N₂+6H₂O；
（3）①依據(jù)化學方程式計算；依據(jù)圖象中氫氣百分含量為50%，設(shè)反應(yīng)的水的物質(zhì)的量為x
2H₂O（g）$\frac{\underline{\;光照\;}}{Cu_{2}O}$2H₂（g）+O₂ △H=484kJ•mol^-1
2mol                              484kJ
x             x      0.5x         $\frac{484x}{2}$KJ
$\frac{x}{0.1mol-x+x+0.5x}$×100%=50%，
計算得到x=$\frac{1}{15}$mol；反應(yīng)吸熱=$\frac{\frac{1}{15}×484KJ}{2}$=16.1kJ；
水的分解率=$\frac{\frac{1}{15}}{0.1}$×100%=66.7%，和T₂溫度下水的分解率為50%比較，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度越高水的分解率越大；所以T₁＞T₂；
故答案為：＞；16.1；
②既能增大反應(yīng)速率，又能增大H₂O（g）分解率的條件為升溫，減壓，依據(jù)平衡移動原理分析判斷；
A．向平衡混合物中充入Ar，增大體系壓強，平衡逆向進行，故A不符合；   
B．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高反應(yīng)的溫度，反應(yīng)速率增大，平衡正向進行，水的分解率增大，故B符合；
C．反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大反應(yīng)體系的壓強，平衡逆向進行，故C不符合；
D．向平衡混合物中充人O₂，平衡逆向進行，故D不符合；
故答案為：B；
（4）25℃時，H₂SO₃═HSO₃^-+H⁺的電離常數(shù)K_a=1×10^-2mol/L，Ka=$\frac{c（HS{{O}_{3}}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$，HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，Kh=$\frac{c（{H}_{2}S{O}_{3}）Kw}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）c（{H}^{+}）}$=1.0×10²×1.0×10^-14=1.0×10^-12，則該溫度下NaHSO₃的水解平衡常數(shù)K_h=1.0×10^-12；
故答案為：1.0×10^-12．

點評 本題考查較為綜合，為高考常見題型，側(cè)重于學生的分析、計算能力的考查，題目涉及熱化學方程式的書寫方法和蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學平衡影響因素分析判斷，水解常數(shù)與電離平衡常數(shù)的計算，注意平衡建立的條件分析應(yīng)用，題目難度中等．