Question

10．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在生產生活中有著重要作用．
（1）如圖1是1mol NO₂氣體和1mol CO反應生成CO₂和NO過程中能量變化示意圖．則反應過程中放出的總熱量應為234kJ．
（2）在固定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，其平衡常數(shù)K與溫度T的  關系如下表：

T/K	298	398	498
平衡常數(shù)K	4.1×106	K1	K2

①寫出該反應的平衡常數(shù)表達式．K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$．
②試判斷K₁＞K₂（填寫“＞”“=”或“＜”）
③下列各項能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是c（填字母）
a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2        b．v（N₂）=3v（H₂）
c．容器內壓強保持不變                            d．混合氣體的密度保持不變
（3）化合物N₂ H₄ 做火箭發(fā)動機的燃料時，與氧化劑N₂O₄反應生成N₂和水蒸氣．
某同學設計了一個N₂H₄--空氣堿性燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如圖2所示．
①該燃料電池的負極反應式為N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O；
②理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如丙圖中曲線 I、II所示（氣體體積已換算成標準狀況下的體積），寫出在t₁-t₂時間段鐵電極上的電極反應式Cu²⁺+2e^-=Cu；原混合溶液中NaCl的物質的量濃度為0.1mol/L
③在t₂時所得溶液的pH為1．（假設溶液體積不變）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)能量變化圖，反應熱等于正反應的活化能減去逆反應的活化能；
（2）①依據(jù)平衡常數(shù)等于平衡生成物濃度的冪次方乘積除以反應物濃度的冪次方乘積；
②根據(jù)升高溫度平衡吸熱方向移動以及平衡逆向移動平衡常數(shù)減小；
③直接標志：①速率關系：正反應速率與逆反應速率相等，②反應體系中各物質的百分含量保持不變．
間接標志：①混合氣體的總壓強、總體積、總物質的量不隨時間的改變而改變（m+n≠p+q）；②各物質的濃度、物質的量不隨時間的改變而改變；③各氣體的體積、各氣體的分壓不隨時間的改變而改變；
（3）電池通入肼N₂H₄的為負極，乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產生的氣體，Ⅱ表示陽極產生的氣體，t₁前電極反應式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，依據(jù)生成的遷移體積計算物質的量得到氯化鈉物質的量計算濃度，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點后電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，根據(jù)氧氣的量計算氫氧根離子的物質的量，水電離出等物質的量的氫離子和氫氧根離子，根據(jù)公式計算得出C（H⁺），從而得出溶液的pH．

解答 解：解：（1）該反應的焓變△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，所以熱化學方程式為NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1，則反應過程中放出的總熱量應為234kJ，故答案為：234kJ；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，平衡常數(shù)計算表達式k=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）×c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
③a．平衡時反應混合物中各組分的含量保持不變，但容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比不一定為為1：3：2，所以不能作為平衡的標志，故a錯誤；
b．平衡時不同物質表示速率之比等于系數(shù)之比說明到達平衡，即3v（N₂）_正=v（H₂）_逆說明反應達到平衡，故b錯誤；
c．反應前后氣體體積減小，若壓強不變，說明反應達到平衡，故c正確；
d．反應前后氣體的質量不變，容器的體積不變，所以密度不變，所以混合氣體的密度保持不變不能作為平衡的標志，故d錯誤；
故選：c；
（3）①肼燃料電池中，在堿性條件下，N₂H₄失電子生成氮氣與水，電極反應式為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O，
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O；
②乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產生的氣體，Ⅱ表示陽極產生的氣體，t₁前電極反應式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，生成氯氣為224ml，物質的量為0.01mol，原溶液中氯化鈉物質的量為0.02mol，氯化鈉濃度=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L；t₁～t₂電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，t₂點后電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以在t₁后，石墨電極上的電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；t₁～t₂電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極Cu²⁺+2e^-=Cu，所以t₁～t₂鐵電極上的電極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu；故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu； 0.1mol/L；
③t₂點后電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，t₁～t₂Ⅱ產生的氣體體積=0.336L-0.224L=0.112L，陽極上生成112mL氧氣需要n（OH^-）=$\frac{0.112L×4mol}{22.4L}$=0.02mol，水電離出等物質的量的氫離子和氫氧根離子，所以n（H⁺）=0.02mol，c（H⁺）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案為：1．

點評 本題考查了化學平衡的有關計算、電解池原理等知識點，電解硫酸銅和氯化鈉混合溶液時，明確離子的放電順序是解本題的關鍵，難度較大．