Question

6．碳和氮的化合物與人類生產(chǎn)、生活密切相關(guān)．
（1）C、CO、CO₂在實(shí)際生產(chǎn)中有如下應(yīng)用：
a．2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{電爐}$Si+2CO        b．3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
c．C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂         d．CO₂+CH₄$\stackrel{催化劑}{→}$CH₃COOH
上述反應(yīng)中，理論原子利用率最高的是d．可用碳酸鉀溶液吸收b中生產(chǎn)的CO₂，常溫下，pH=10的碳酸鉀溶液中水電離的OH^-的物質(zhì)的量濃度為1×10^-4 mol•L^-1，常溫下，0.1mol•L^-1KHCO₃溶液的pH＞8，則溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-）（填“＞”，“=”或“＜”）．
（2）有機(jī)物加氫反應(yīng)中鎳是常用的催化劑．但H₂中一般含有微量CO會(huì)使催化劑鎳中毒，在反應(yīng)過程中消除CO的理想做法是投入少量SO₂，查得資料如圖1，
則：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-270kJ/mol．
（3）已知N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-94.4kJ•mol^-1，恒容時(shí)，體系中各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的曲線如圖2所示，各時(shí)間段最終均達(dá)平衡狀態(tài)．
①在2L容器中發(fā)生反應(yīng)，時(shí)段Ⅰ放出的熱量為94.4kJ．
②25min時(shí)采取的措施是將NH₃從反應(yīng)體系中分離出去．
③時(shí)段Ⅲ條件下，反應(yīng)的平衡常數(shù)為2.37（保留3位有效數(shù)字）．
（4）電化學(xué)降解N的原理如圖3所示．電源正極為A（填“A”或“B”），陰極反應(yīng)式為2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)物中的原子全部參加反應(yīng)的，原子利用律最高，據(jù)此解答即可；水電離的OH^-的物質(zhì)的量濃度=$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-pH}}$；常溫下，0.1mol•L^-1 KHCO₃溶液pH＞8，說明碳酸氫根在水解程度大于電離程度；
（2）由圖1可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
                                 S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
利用蓋斯定律（i）-（ii）計(jì)算即可；
（3）①根據(jù)時(shí)段Ⅰ達(dá)到平衡時(shí)生成氨氣的物質(zhì)的量及熱化學(xué)方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1計(jì)算出放出的熱量；
②根據(jù)25min時(shí)氨氣的物質(zhì)的量變?yōu)?，而氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量不變進(jìn)行解答，改變的條件是分離出氨氣；
③根據(jù)時(shí)段Ⅲ條件下達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度及平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積進(jìn)行解答；
（4）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有氫離子參與反應(yīng)且有水生成．

解答 解：（1）觀察四個(gè)反應(yīng)方程式可見，只有反應(yīng)d中參加反應(yīng)的物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化為一種物質(zhì)，故原子利用率最高；
可用碳酸鉀溶液吸收生成的CO₂，常溫下pH=10的碳酸鉀溶液中水電離的c（OH^-）=$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-pH}}$mol/L=1×10^-4 mol•L^-1；
常溫下，0.1mol•L^-1 KHCO₃溶液pH＞8，則溶液中碳酸氫根離子水解程度大于電離程度，所以c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-）；
故答案為：d； 1×10^-4 mol•L^-1；＞；
（2）由圖1可知，O₂（g）+2CO（g）=2CO₂（g）△H=（-2×283）kJ•mol^-1=-566kJ•mol^-1，（i）
                                 S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296kJ•mol^-1，（ii）
（i）-（ii）得：SO₂（g）+2CO（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=-563-（-298）=-270kJ•mol^-1，故答案為：-270kJ/mol；
（3）①時(shí)段Ⅰ達(dá)到平衡時(shí)生成的氨氣的物質(zhì)的量為：1.00 mol/L×2L=2.00mol，
根據(jù)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1可知生成2.00mol氨氣放出的熱量為94.4kJ，
故答案為：94.4kJ；
②25min時(shí)氨氣的物質(zhì)的量迅速變?yōu)?而氮?dú)�、氫氣的物質(zhì)的量不變，之后氮?dú)�、氫氣的物質(zhì)的量逐漸減小，氨氣的物質(zhì)的量逐漸增大，說明25min時(shí)改變的條件是將NH₃從反應(yīng)體系中分離出去，
故答案為：將NH₃從反應(yīng)體系中分離出去；
③時(shí)段Ⅲ條件下，反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），圖象方向可知平衡狀態(tài)下[N₂]=0.25mol/L，[NH₃]=0.50mol/L，[H₂]=0.75mol/L，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為：K=$\frac{[NH{\;}_{3}]{\;}^{2}}{[H{\;}_{2}]{\;}^{3}[N{\;}_{2}]}$=$\frac{（0.50mol/L）{\;}^{2}}{（0.75mol/L）{\;}^{3}×0.25mol/L}$=2.37，
故答案為：2.37；
（4）由圖示知在Ag-Pt電極上NO₃^-發(fā)生還原反應(yīng)，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負(fù)極，A為電源正極；在陰極反應(yīng)是NO₃^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N₂，利用電荷守恒與原子守恒知有H₂O參與反應(yīng)且有水生成，
所以陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：A，2NO₃^-+12H⁺+10e^-=N₂+6H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查的是綠色化學(xué)的概念、蓋斯定律的應(yīng)用、影響化學(xué)平衡的因素及電解池工作原理，題目難度中等，明確化學(xué)平衡常數(shù)的概念及計(jì)算方法是解題關(guān)鍵．