Question

16．氮的化合物在農(nóng)業(yè)、國(guó)防工業(yè)、航天工業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的用途．
（1）航天工業(yè)中常用N₂H₄做高能燃料，N₂O₄作氧化劑．已知N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.7kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ•mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ•mol^-1
N₂H₄（g）和N₂O₄（g）反應(yīng)生成一種氣態(tài)的10e^-分子，還有一種極穩(wěn)定的單質(zhì)，寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0kJ•mol^-1
（2）工業(yè)合成氨對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展意義重大，在實(shí)驗(yàn)室中常用N₂和H₂在一定條件下進(jìn)行合成氨的相關(guān)研究．T℃時(shí)，向容積為3L的密閉容器中，投入4mol N₂和9mol H₂，10min達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，平衡時(shí)NH₃的物質(zhì)的量為2mol，則0～10min內(nèi)H₂的平均速率v（H₂）=0.1mol/（L．min），平衡時(shí)N₂的轉(zhuǎn)化率α（N₂）=25%．若再增加氫氣濃度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)將不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）氨水是一種常用的沉淀劑和中和劑．
①已知25℃時(shí)，幾種難溶電解質(zhì)的溶度積如下表所示：

氫氧化物	Cu（OH）2	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
Ksp	2.2×10-20	4.0×10-38	8.0×10-16	1.8×10-11

向Cu²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺濃度都為0.01mol•L^-1的溶液中逐滴滴加稀氨水，產(chǎn)生沉淀的先后順序?yàn)镕e（OH）₃、Cu（OH）₂、Fe（OH）₂、Mg（OH）₂（用化學(xué)式表示）．
②25℃時(shí)，將amol/L的氨水與b mol/L鹽酸等體積混合，反應(yīng)后溶液恰好顯中性，則a＞b． （填“＞”、“＜”或“=”）；用a、b表示NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K_b=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$．
（4）（NH₄）₂CO₃是一種捕碳劑，其捕捉CO₂的原理為：
（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）  2NH₄HCO₃ （aq）△H
為研究溫度對(duì)捕碳效率的影響，在不同溫度條件下，將一定量的（NH₄）₂CO₃溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO₂，在t時(shí)刻，測(cè)得容器中CO₂氣體的濃度．其關(guān)系如圖：
①捕捉CO₂反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②在T₄～T₅這個(gè)溫度區(qū)間，容器內(nèi)CO₂氣體濃度變化趨勢(shì)的原因是：T₄～T₅反應(yīng)達(dá)平衡，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，平衡逆向移動(dòng)，CO₂的吸收效率降低（或NH₄HCO₃部分分解）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）依據(jù)題干給出數(shù)據(jù)，列三段表示各物質(zhì)濃度，依據(jù)V=$\frac{△c}{△t}$，計(jì)算反應(yīng)速率；依據(jù)α=$\frac{轉(zhuǎn)化量}{起始量}$×100%計(jì)算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變；
（3）①根據(jù)各物質(zhì)的溶度積常數(shù)計(jì)算出開始沉淀時(shí)溶液中氫氧根離子的濃度，再判斷；
②溶液顯中性，所以c（H⁺）=c（OH^-），溶液的電荷守恒可得：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），故c（NH₄⁺）=c（Cl^-），氯化銨是強(qiáng)酸弱堿鹽其水溶液呈酸性，要使氯化銨溶液呈中性，則氨水應(yīng)稍微過量；
（4）①）①?gòu)腸（CO₂）的變化趨勢(shì)可見，開始時(shí)變小是沒達(dá)到平衡，拐點(diǎn)是平衡點(diǎn)，其后，隨溫度的升高c（CO₂）增大，說明平衡向逆向移動(dòng)，反應(yīng)放熱；
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，c（CO₂）自然升高．

解答 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.7kJ．mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ．mol^-1
③N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ．mol^-1
④2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ．mol^-1
依據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式計(jì)算，③×2-[②+④+①]得到氣態(tài)肼在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氨氣和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1；
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1；
（2）在實(shí)驗(yàn)室中常用N₂和H₂在一定條件下進(jìn)行合成氨的相關(guān)研究．T℃時(shí)，向容積為3L的密閉容器中，投入4mol N₂和9mol H₂，10min達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，平衡時(shí)NH₃的物質(zhì)的量為2mol，
                則：N₂+3H₂?2NH₃
起始的物質(zhì)的量mol：4    9    0
轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量mol：1     3     2
平衡時(shí)物質(zhì)的量mol：3      6    2
則v（H₂）=$\frac{\frac{3mol}{3L}}{10min}$=0.1mol/（L．min）；
平衡時(shí)N₂的轉(zhuǎn)化率α（N₂）=$\frac{1mol}{4mol}$×100%=25%；
平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變；
故答案為：0.1mol/（L．min）；25%；不變；
（3）①向Cu²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺濃度都為0.01mol•L^-1的溶液中緩慢滴加稀氨水，
開始生成Cu（OH）₂沉淀時(shí)，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp}{c（C{u}^{2}{\;}^{+}）}}$=$\sqrt{\frac{2.2×10{\;}^{-20}}{0.01}}$=$\sqrt{2.2}$×10^-9mol•L^-1，
開始生成Fe（OH）₃沉淀時(shí)，c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4.0×{\;}^{-38}}{0.01}}$=$\root{3}{4}$×10^-12mol•L^-1，
開始生成Fe（OH）₂沉淀時(shí)，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{8×10{\;}^{-16}}{0.01}}$=$\sqrt{8}$×10^-7mol•L^-1，
開始生成Mg（OH）₂沉淀時(shí)，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.8×10{\;}^{-11}}{0.01}}$=$\sqrt{18}$×10^-5mol•L^-1，
開始生成沉淀時(shí)溶液中氫氧根離子濃度越小，則該物質(zhì)越容易沉淀，所以產(chǎn)生沉淀的先后順序?yàn)镕e（OH）₃、Cu（OH）₂、Fe（OH）₂、Mg（OH）₂；
故答案為：Fe（OH）₃、Cu（OH）₂、Fe（OH）₂、Mg（OH）₂；
②溶液顯中性，所以c（H⁺）=c（OH^-），溶液的電荷守恒可得：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），故c（NH₄⁺）=c（Cl^-），氯化銨是強(qiáng)酸弱堿鹽其水溶液呈酸性，要使氯化銨溶液呈中性，則氨水應(yīng)稍微過量，因?yàn)辂}酸和氨水的體積相等，則氨水的物質(zhì)的量濃度大于鹽酸，
溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=$\frac{2}$mol/L，c（NH₃•H₂O）=（$\frac{a}{2}$-$\frac{2}$）mol/L，
電離常數(shù)只與溫度有關(guān)，則此時(shí)NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{c（NH{\\;}_{4}{\;}^{+}\\;）•c（OH{\;}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{\frac{2}×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-\frac{2}}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$；
故答案為：＞；$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$；
（4）①?gòu)腸（CO₂）的變化趨勢(shì)可見，開始時(shí)變小是沒達(dá)到平衡，反應(yīng)向正向進(jìn)行，拐點(diǎn)是平衡點(diǎn)，其后，隨溫度的升高c（CO₂）增大，說明平衡向逆向移動(dòng)，故△H＜0，
故答案為：＜；
②拐點(diǎn)是平衡點(diǎn)，切△H＜0，T₃后，隨溫度的升高平衡向逆向移動(dòng)，c（CO₂）增大，
故答案為：T₄～T₅反應(yīng)達(dá)平衡，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，平衡逆向移動(dòng)；CO₂的吸收效率降低（或NH₄HCO₃部分分解）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫，化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動(dòng)、蓋斯定律的應(yīng)用，題目綜合性強(qiáng)，難度較大．