Question

1．氮元素是重要的非金屬元素，按要求回答下列問題．
（1）向甲、乙兩個(gè)均為2L的密閉容器中，分別充入0.6molN₂和1.6molH₂，發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，甲容器在溫度為T₁的條件下反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)NH₃的物質(zhì)的量為0.8mol，乙容器在溫度為T₂的條件下反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)N₂的物質(zhì)的量為0.1mol，則T₁＜T₂（填“＞”或“＜”），甲容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=200．
（2）氨氣在純氧中燃燒，生成一種單質(zhì)和水，科學(xué)家利用此原理，設(shè)計(jì)成氨氣--氧氣燃料電池，則通入氨氣的電極在堿性條件下發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．
（3）NO_x是大氣污染物，處理NO_x的一種方法是利用甲烷催化還原NO_x．
①CH₄ （g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O （g）△H₁=-574kJ/mol
②CH₄ （g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O （g）△H₂=-867kJ/mol
若用4.48LCH₄還原NO生成N₂，則放出的熱量為232kJ（氣體體積已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下）
（4）HNO₃和As₂S₃能發(fā)生反應(yīng)：As₂S₃+10HNO₃═2H₃AsO₄+3S+10NO₂↑+2H₂O，反應(yīng)中被氧化的元素為As、S，若該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為5mol時(shí)，將生成的S全部轉(zhuǎn)化為濃H₂SO₄，然后與足量的銅在加熱條件下反應(yīng)消耗銅的量a（填序號(hào)）．
a．小于0.75mol  b．等于0.75mol   c．大于0.75mol  d．無法確定
（5）將0.1mol氨氣分別通入1L pH=1的鹽酸、硫酸和醋酸溶液中，完全反應(yīng)后三種溶液中NH₄⁺離子的濃度分別為c₁，c₂，c₃，則三者中濃度大小的關(guān)系為c₁=c₂＜c₃（用c₁，c₂，c₃和＞、＜、=表示）．已知醋酸銨溶液呈中性，常溫下CH₃COOH 的k_a=1×10^-5mol•L^-1 ，則該溫度下0.1mol•L^-1 NH₄Cl的溶液的pH為5．

Answer 1

分析 （1）兩個(gè)容器中反應(yīng)物起始量相同，體積相同，甲容器在溫度為T₁的條件下反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)NH₃的物質(zhì)的量為0.8mol，乙容器在溫度為T₂的條件下反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)N₂的物質(zhì)的量為0.1mol，消耗氮?dú)馕镔|(zhì)的量=0.6mol-0.1mol=0.5mol，生成氨氣物質(zhì)的量1mol，說明乙反應(yīng)正反應(yīng)進(jìn)行程度大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以溫度越低，反應(yīng)正向進(jìn)行程度大，結(jié)合三段式計(jì)算平衡濃度，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（2）在燃料電池中，燃料做負(fù)極，則通入氨氣的電極是負(fù)極，堿性條件下氨氣失電子生成氮?dú)猓�結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫電極反應(yīng)；
（3）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算目標(biāo)熱化學(xué)方程式得到焓變，標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48LCH₄物質(zhì)的量=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，結(jié)合熱化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算；
（4）氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)升高的物質(zhì)做還原劑被氧化，分析化學(xué)方程式計(jì)算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)得到反應(yīng)生成硫單質(zhì)物質(zhì)的量，硫元素守恒得到硫酸物質(zhì)的量，濃硫酸和足量銅反應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行，濃度減小，變?yōu)橄×蛩岷蟛荒芘c銅繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)；
（5）pH=1的醋酸中醋酸的濃度大于0.1mol/L，則通入0.1mol氨氣反應(yīng)后，醋酸有剩余，醋酸電離的氫離子能抑制銨根離子的電離，氨氣與硫酸和鹽酸恰好反應(yīng)；
醋酸銨溶液呈中性，則一水合氨和醋酸的電離常數(shù)相同，常溫下CH₃COOH的Ka=1×10^-5 mol•L^-1，所以NH₃•H₂O的電離常數(shù)為1×10^-5 mol•L^-1，Ka=$\frac{[N{{H}_{4}}^{+}][{H}^{+}]}{[N{H}_{3}′{H}_{2}O]}$，Kh=$\frac{Kh}{Ka}$=1×10^-9，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）向甲、乙兩個(gè)均為2L的密閉容器中，分別充入0.6molN₂和1.6molH₂，發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，甲容器在溫度為T₁的條件下反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)NH₃的物質(zhì)的量為0.8mol，乙容器在溫度為T₂的條件下反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)N₂的物質(zhì)的量為0.1mol，依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算得到消耗氮?dú)馕镔|(zhì)的量=0.6mol-0.1mol=0.5mol，生成氨氣物質(zhì)的量1mol，說明乙反應(yīng)正反應(yīng)進(jìn)行程度大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向進(jìn)行，則乙容器中反應(yīng)的溫度低于甲容器中的溫度，T₁＜T₂，乙中溫度低反應(yīng)進(jìn)行程度大，平衡常數(shù)大，
依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算甲容器中物質(zhì)的平衡濃度，起始濃度c（N₂）=$\frac{0.6mol}{2L}$=0.3mol/L，c（H₂）=$\frac{1.6mol}{2L}$=0.8mol/L，平衡時(shí)c（NH₃）=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L
                 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）  0.3     0.8        0
變化量（mol/L）  0.2     0.6       0.4
平衡量（mol/L）  0.1    0.2       0.4
K=$\frac{0．{4}^{2}}{0.1×0．{2}^{3}}$=200，
故答案為：＜，200；
（2）在燃料電池中，燃料做負(fù)極，則通入氨氣的電極是負(fù)極，堿性條件下，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O；
（3））①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-867kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算，②×2-①得到CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ•mol^-1，
標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48LCH₄物質(zhì)的量=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，熱化學(xué)方程式計(jì)算得到0.2mol甲烷反應(yīng)放熱=$\frac{1160KJ×0.2mol}{1mol}$=232KJ，
故答案為：232；
（4）HNO₃和As₂S₃能發(fā)生反應(yīng)：As₂S₃+10HNO₃═2H₃AsO₄+3S+10NO₂↑+2H₂O，反應(yīng)中As元素化合價(jià)+3價(jià)變化為+5價(jià)，化合價(jià)升高被氧化，S元素化合價(jià)-2價(jià)變化為0價(jià)，元素化合價(jià)升高被氧化，所以被氧化的元素為As、S，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)依據(jù)發(fā)生氧化還原反應(yīng)的硝酸計(jì)算得到，生成10molNO₂，電子轉(zhuǎn)移10×[（+5）-（+4）}=10mol，生成S為3mol，若該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為5mol時(shí)，生成S為1.5mol，將生成的S全部轉(zhuǎn)化為濃H₂SO₄物質(zhì)的量為1.5mol，Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，若硫酸全部反應(yīng)消耗銅0.75mol，但濃硫酸和足量銅反應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行，濃度減小，變?yōu)橄×蛩岷蟛荒芘c銅繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，所以消耗銅物質(zhì)的量小于0.75mol，
故答案為：a；
（5）pH=1的醋酸中醋酸的濃度大于0.1mol/L，則通入0.1mol氨氣反應(yīng)后，醋酸有剩余，醋酸電離的氫離子能抑制銨根離子的電離，銨根離子濃度較大，氨氣與硫酸和鹽酸恰好反應(yīng)，所以溶液中銨根離子濃度：c₁=c₂＜c₃，；
醋酸銨溶液呈中性，則一水合氨和醋酸的電離常數(shù)相同，常溫下CH₃COOH的K_a=1×10^-5 mol•L^-1，所以NH₃•H₂O的電離常數(shù)為1×10^-5 mol•L^-1，
Ka=$\frac{[N{{H}_{4}}^{+}][{H}^{+}]}{[N{H}_{3}′{H}_{2}O]}$=1×10^-5，Kh=$\frac{Kh}{Ka}$=1×10^-9，
設(shè)c（H⁺）為xmol/L，
則Kh=$\frac{{x}^{2}}{0.1}$=1×10^-9，解得x=1×10^-5mol/L，所以pH=5；
故答案為：c₁=c₂＜c₃，5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及平衡常數(shù)計(jì)算、反應(yīng)速率計(jì)算、原電池電極反應(yīng)的書寫、弱電解質(zhì)的電離等知識(shí)點(diǎn)，這些都是高考高頻點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析、計(jì)算及知識(shí)運(yùn)用能力，中等難度，答題時(shí)注意化學(xué)原理知識(shí)的靈活運(yùn)用．