Question

2．氮及其化合物在生產(chǎn)生活中用途廣泛．請(qǐng)回答：
I．在微生物作用下，土壤中的NH₄⁺最終被O₂氧化為NO₃^-，該反應(yīng)的離子方程式為NH₄⁺+2O₂ $\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$NO₃^-+H₂O+2H⁺．
Ⅱ．氨氣是重要的化工原料．已知：25℃時(shí)，NH₃•H₂O的電離常數(shù)k_b=1.79×10^-5，該溫度下，1.79mol/LNH₄Cl溶液的pH約為4.5．
Ⅲ．汽車在行駛過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：
ⅰ．N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.7kJ/mol
ⅱ.2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol
（1）能表示CO燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）△H=-282.9 kJ•mol^-1．
（2）反應(yīng)ⅱ在較低（填“較高”或“較低”）溫度下能自發(fā)進(jìn)行．
（3）T溫度時(shí)，向10L恒容密閉容器中充入2molNO和2molCO發(fā)生反應(yīng)ii，5min時(shí)達(dá)到平衡，測(cè)得0～5min內(nèi)該反應(yīng)速率v（N₂）=0.016mol•L^-1•min^-1．
①T溫度時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=800．
②平衡時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)與起始時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)之比為4：5．
（4）一定條件下，向起始容積內(nèi)為5L的恒壓密閉容器充入1molN₂和1molO₂發(fā)生反應(yīng)i．O₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）的關(guān)系如圖1所示；正反應(yīng)的平衡常數(shù)（K）與溫度（T）的關(guān)系如圖2所示．
①圖1中，M、N、P三點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)下，v（正）＞v（逆）的是M（填字母），理由為一定溫度下，M點(diǎn)對(duì)應(yīng)狀態(tài)的O₂的轉(zhuǎn)化率小于其平衡轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)正向進(jìn)行建立平衡．
②T1溫度時(shí)，K正=1，則O₂的平衡轉(zhuǎn)化率為33.3%（保留三位有效數(shù)字）；在圖2中畫出逆反應(yīng)平衡常數(shù)（K_逆）與溫度（T）的關(guān)系曲線．

Answer 1

分析 Ⅰ．在微生物作用下，土壤中的NH₄⁺最終被O₂氧化為NO₃^-，結(jié)合電子守恒和原子守恒、電荷守恒配平書寫離子方程式；
Ⅱ．氨氣是重要的化工原料．已知：25℃時(shí)，NH₃•H₂O的電離常數(shù)k_b=1.79×10^-5，該溫度下，1.79mol/LNH₄Cl溶液中存在水解平衡，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，Kh=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$×$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Kb}$，據(jù)此計(jì)算氫離子濃度得到溶液PH；
Ⅲ．（1）燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，結(jié)合熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）滿足△H-T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（3）①結(jié)合平衡三行計(jì)算列式計(jì)算得到平衡濃度計(jì)算平衡常數(shù)；
②氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比；
（4）①圖1中，M、N、P三點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)下，N點(diǎn)為平衡轉(zhuǎn)化率，M點(diǎn)打到平衡狀態(tài)需要增大氧氣轉(zhuǎn)化率，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，P點(diǎn)打到平衡狀態(tài)需要氧氣轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向進(jìn)行；
②一定條件下，向起始容積內(nèi)為5L的恒壓密閉容器充入1molN₂和1molO₂發(fā)生反應(yīng)i．T₁溫度時(shí)，K_正=1，設(shè)氧氣消耗濃度為x，結(jié)合三行計(jì)算得到x計(jì)算氧氣轉(zhuǎn)化率，
正反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度升高增大，逆反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度升高減小，據(jù)此畫出圖象．

解答 解：Ⅰ．在微生物作用下，土壤中的NH₄⁺最終被O₂氧化為NO₃^-，氧氣被還原為水，反應(yīng)的離子方程式為：NH₄⁺+2O₂$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$NO₃^-+H₂O+2H⁺，
故答案為：NH₄⁺+2O₂$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$NO₃^-+H₂O+2H⁺；
Ⅱ．已知：25℃時(shí)，NH₃•H₂O的電離常數(shù)k_b=1.79×10^-5，該溫度下，1.79mol/LNH₄Cl溶液中存在水解平衡，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，Kh=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$×$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Kb}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1.79×1{0}^{-5}}$，
c²（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.79×1{0}^{-5}}$×1.79=10-9mol/L，
c（H+）=10^-4.5mol/L，
PH=4.5，
故答案為：4.5；
Ⅲ．（1）燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，
�。甆₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.7kJ/mol
ⅱ.2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol
蓋斯定律（i+ii）$\frac{1}{2}$得到CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）△H=-282.9 kJ•mol^-1，
故答案為：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g）△H=-282.9 kJ•mol^-1；
（2）ⅱ.2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ/mol，反應(yīng)△H＜0，△S＜0，滿足△H-T△S＜0，需要低溫下自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：較低；
（3）T溫度時(shí)，向10L恒容密閉容器中充入2molNO和2molCO發(fā)生反應(yīng)ii，5min時(shí)達(dá)到平衡，測(cè)得0～5min內(nèi)該反應(yīng)速率v（N₂）=0.016mol•L^-1•min^-1．生成氮?dú)獾臐舛?0.016mol•L^-1•min^-1×5min=0.08mol/L，
①2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）
起始量（mol/L）  0.2          0.2                  0             0
變化量（mol/L）0.16          0.16                0.08          0.16
平衡量（mol/L）0.04          0.04               0.08          0.16
K=$\frac{0.1{6}^{2}×0.08}{0.0{4}^{2}×0.0{4}^{2}}$=800，
故答案為：800；     
②反應(yīng)前后氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，平衡時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)與起始時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)之比為=（0.04+0.04+0.08+0.16）×10：（0.2+0.2）×10：=4：5，
故答案為：4：5；
（4）①圖1中，M、N、P三點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)下，N點(diǎn)為平衡轉(zhuǎn)化率，M點(diǎn)建立平衡狀態(tài)需要增大氧氣轉(zhuǎn)化率，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，P點(diǎn)打到平衡狀態(tài)需要氧氣轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向進(jìn)行，v（正）＞v（逆）的是M，
故答案為：M； 一定溫度下，M點(diǎn)對(duì)應(yīng)狀態(tài)的O₂的轉(zhuǎn)化率小于其平衡轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)正向進(jìn)行建立平衡；
②一定條件下，向起始容積內(nèi)為5L的恒壓密閉容器充入1molN₂和1molO₂發(fā)生反應(yīng)i．T₁溫度時(shí)，K_正=1，設(shè)氧氣消耗濃度為x，
                           N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
起始量（mol/L）  0.2           0.2              0
變化量（mol/L）   x                x               2x
平衡量（mol/L） 0.2-x       0.2-x              2x
K=$\frac{4{x}^{2}}{（0.2-x）^{2}}$=1，
x=$\frac{0.2}{3}$mol/L，
氧氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{\frac{0.2}{3}mol/L}{0.2mol/L}$×100%=33.3%，
正反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度升高增大，逆反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度升高減小，在圖2中滑出逆反應(yīng)平衡常數(shù)（K_逆）與溫度（T）的關(guān)系曲線圖，
故答案為：33.3%；    ．

點(diǎn)評(píng) 本題考查比較綜合，涉及弱電解質(zhì)電離平衡、熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡圖象與影響因素、平衡常數(shù)計(jì)算及應(yīng)用、電離平衡常數(shù)等，側(cè)重考查學(xué)生信息獲取與知識(shí)遷移運(yùn)用，題目難度中等．