Question

15．按要求回答下列有關(guān)問(wèn)題．
（1）據(jù)報(bào)道，科學(xué)家新研發(fā)出一種常溫下催化合成NH₃的方法：N₂（g）+6H₂O（l）═4NH₃（g）+3O₂（g）
已知如下信息：
①化合物的生成熱可以表示其相對(duì)能量．化學(xué)上，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)狀況下穩(wěn)定單質(zhì)的生成熱為0．幾種物質(zhì)的生成熱：NH₃（g）為mkJ•mol^-1，H₂O（l）為nkJ•mol^-1．
反應(yīng)的△H=產(chǎn)物的生成熱之和-反應(yīng)物的生成熱之和
②幾種化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	N≡N	H-O	O-O	H-N
E/kJ•mol-1	a	b	c	d

上述反應(yīng)中，△H=4m-6nkJ•mol^-1，H-N鍵的鍵能為$\frac{2a+12b-3c-4m+6n}{12}$kJ•mol^-1．
（2）二氧化硫在一定條件下可以發(fā)生如下反應(yīng)：SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g），△H=-42kJ•mol^-1，在1L恒容密閉容器中充入SO₂（g）和NO₂（g），所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	溫度	起始時(shí)物質(zhì)的量/mol		平衡時(shí)物質(zhì)的量/mol
		N（SO2）	N（NO2）	N（NO）
甲	T1	0.80	0.20	0.18
乙	T2	0.20	0.80	0.16
丙	T3	0.20	0.30	a

①實(shí)驗(yàn)甲中，若2min時(shí)測(cè)得放出的熱量是4.2kJ，則0～2min時(shí)間內(nèi)，用SO₂（g）表示的平均反應(yīng)速率v（SO₂）=0.05mol•L^-1•min^-1；
②實(shí)驗(yàn)丙中，達(dá)到平衡時(shí)，NO₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{10a}{3}$×100%；
③由表中數(shù)據(jù)可推知，T_l＜T₂（填“＞”“＜’’或“=”）；
（3）對(duì)反應(yīng)N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H＞0   在溫度為T(mén)_l、T₂時(shí)平衡體系中NO₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖1所示，下列說(shuō)法正確的是d．

a．A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A＞C
b．A、C兩點(diǎn)氣體的顏色：A深，C淺
c．由狀態(tài)A到狀態(tài)B，可以用加熱的方法
d．A、C兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)：A=C
（4）工業(yè)上，采用石墨、鐵棒作為電極，電解除去廢水中的CN^-（N為-3價(jià)，下同），裝置如圖2所示，通電過(guò)程中，陽(yáng)極區(qū)兩種離子的放電產(chǎn)物會(huì)進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，其方程式為：Cl₂+CNO^-+OH^-→□+Cl^-+CO₃^2-+H₂O（未配平）．最終陰、陽(yáng)兩極均有無(wú)色無(wú)味氣體產(chǎn)生．
①鐵電極應(yīng)連接直流電源的負(fù)極（填寫(xiě)電極名稱(chēng)）．
②上述反應(yīng)方程式配平后“□”內(nèi)應(yīng)填寫(xiě)N₂；
③陽(yáng)極上發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cl^--2e^-═Cl₂↑和CN^--2e^-+2OH^-=CNO^-+H₂O．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)上，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)狀況下穩(wěn)定單質(zhì)的生成熱為0．幾種物質(zhì)的生成熱：NH₃（g）為mkJ•mol^-1，H₂O（l）為nkJ•mol^-1，反應(yīng)的△H=產(chǎn)物的生成熱之和-反應(yīng)物的生成熱之和，反應(yīng)焓變△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）①根據(jù)放出的熱量計(jì)算消耗二氧化硫物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（SO₂）；
②平衡時(shí)NO為a mol，表示出參加反應(yīng)二氧化氮的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算二氧化氮的轉(zhuǎn)化率；
③再計(jì)算乙實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)，結(jié)合甲中平衡常數(shù)判斷溫度高低；
（3）N₂O₄（g）═2NO₂（g）△H=+57kJ•mol^-1，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大；增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)減小，結(jié)合圖象來(lái)分析解答．
a、A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快；
b、增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，向逆反應(yīng)進(jìn)行是減小由于壓強(qiáng)增大導(dǎo)致濃度增大趨勢(shì)，但到達(dá)平衡仍比原平衡濃度大；
c、壓強(qiáng)相同，升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大，A點(diǎn)NO₂的體積分?jǐn)?shù)大；
d、平衡常數(shù)隨溫度變化，據(jù)此判斷；
（4）根據(jù)發(fā)生的電極反應(yīng)，可以知道金屬鐵是陰極，石墨電極是陽(yáng)極，根據(jù)電解質(zhì)中離子的放電順序以及電極反應(yīng)和電子的轉(zhuǎn)移知識(shí)來(lái)回答即可；

解答 解：（1）2N₂（g）+6H₂O（l）═4NH₃（g）+3O₂（g），規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)狀況下穩(wěn)定單質(zhì)的生成熱為0．幾種物質(zhì)的生成熱：NH₃（g）為mkJ•mol^-1，H₂O（l）為nkJ•mol^-1，反應(yīng)的△H=產(chǎn)物的生成熱之和-反應(yīng)物的生成熱之和=（4m-6n）KJ/mol，
（4m-6n）KJ/mol=（2a+12b-12d-3c）KJ/mol，
H-N鍵的鍵能為d=$\frac{2a+12b-3c-4m+6n}{12}$，
故答案為：4m-6n；     $\frac{2a+12b-3c-4m+6n}{12}$；
（2）①實(shí)驗(yàn)甲中，若2min時(shí)測(cè)得放出的熱量是4.2kJ，則消耗二氧化硫物質(zhì)的量為$\frac{4.2KJ}{42KJ/mol}$=0.1mol，則v（SO₂）=$\frac{\frac{0.1mol}{1L}}{2min}$=0.05mol/（L．min）；
故答案為：0.05mol/（L．min）；
②實(shí)驗(yàn)丙中，平衡時(shí)NO為a mol，則參加反應(yīng)二氧化氮的物質(zhì)的量為amol，
                          SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始量（mol）：0.2                0.3               0            0
變化量（mol）：a                   a                 a               a
平衡量（mol）：0.2-a            0.3-a            a               a

故二氧化氮的轉(zhuǎn)化率為$\frac{amol}{0.3mol}$×100%=$\frac{10a}{3}$×100%，
故答案為：$\frac{10a}{3}$×100%；
③乙實(shí)驗(yàn)平衡時(shí)，NO為0.16mol，則：
                            SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始量（mol）：0.2                0.8               0            0
變化量（mol）：0.16            0.16            0.16         0.16
平衡量（mol）：0.04            0.64             0.16         0.16
T₂溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（S{O}_{2}）c（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.16×0.16}{0.04×0.64}$=1，
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故T₁＜T₂，
故答案為：＜；
（3）a．由圖象可知，A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，C的壓強(qiáng)大，則A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A＜C，故a錯(cuò)誤；
b．由圖象可知，A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，C的壓強(qiáng)大，與A相比C點(diǎn)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，向逆反應(yīng)進(jìn)行是由于減小體積增大壓強(qiáng)，平衡移動(dòng)的結(jié)果降低NO₂濃度增大趨勢(shì)，但到達(dá)平衡仍比原平衡濃度大，平衡時(shí)NO₂濃度比A的濃度高，NO₂為紅棕色氣體，則A、C兩點(diǎn)氣體的顏色：A淺，C深，故b錯(cuò)誤；
c．升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大，由圖象可知，A點(diǎn)NO₂的體積分?jǐn)?shù)大，則T₁＜T₂，由狀態(tài)A到狀態(tài)B，可以用降溫的方法，故c錯(cuò)誤；
d．由圖象可知，A、C兩點(diǎn)都在等溫線上，溫度不變平衡常數(shù)不變，A、C兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)：A=C，故d正確；
故選d，
故答案為：d；  
（4）①根據(jù)發(fā)生的電極反應(yīng)，可以知道金屬鐵是陰極，接電源的負(fù)極，故答案為：負(fù)極；
②據(jù)氧化還原反應(yīng)的原理，其反應(yīng)方程式為3Cl₂+2CNO^-+8OH^-═N₂+6Cl^-+2CO₃^2-+4H₂O，故答案為：N₂；
③陰極上氫離子放電發(fā)生還原反應(yīng)，生成氫氣，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為：CN^--2e^-+2OH^-═CNO^-+H₂O和2Cl^--2e^-═Cl₂↑，
故答案為：CN^--2e^-+2OH^-=CNO^-+H₂O；

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡圖象等，明確外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響及圖象中縱橫坐標(biāo)的含義、“定一議二”“先拐先平”原則即可解答，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，注意對(duì)平衡常數(shù)的理解掌握，難度中等．