Question

8．氮及氮的化合物在化工研究中是一門重要的課題．
I．某無機化合物A的相對分子質量為184．在一定條件下，SCl₂與氨完全反應生成A和淡黃色單質B及離子化合物X，且X的水溶液pH＜7．將18.4gA隔絕空氣加熱可得到12.8gB和氣體單質C．請回答：
（1）寫出SCl₂與氨反應的化學方程式6SCl₂+16NH₃=S₄N₄+2S+12NH₄Cl．
II．已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
（2）汽車燃油不完全燃燒時產生CO，有人設想按下列反應除去CO：2CO（g）=2C（s）+O₂（g），簡述該設想能否實現的依據：不可行，因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下都不能自發進行．
（3）汽車尾氣轉化器中發生的反應：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1．
（4）有容積相同的甲、乙兩個密閉容器，甲充入等量的NO和CO氣體，乙充入NO氣體．
以Ag-ZSM-5為催化劑，分別在不同溫度下同時發生反應，測得相同時間內NO的轉化率，繪得圖象如圖1．
分析圖象回答：曲線②NO轉化率隨溫度升高而增大的原因反應沒有達到平衡，溫度越高反應速率越快，轉化率越大．在圖2中畫出反應2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）在不同溫度下達到平衡時c（N₂）的變化趨勢圖．
（5）已知常溫下HNO₂的電離常數K=4.6×10^-4，求0.01mol•L^-1的HNO₂溶液中c（H⁺）=2.14×10^-3mol•L^-1．（$\sqrt{4.6}$=2.14）

Answer 1

分析 （1）根據“SCl₂與氨完全反應生成A和淡黃色單質B及離子化合物X，且X的水溶液的pH＜7、A隔絕空氣加強熱可得到 B和氣體單質C”知B是S，A含N、S元素，C是氮氣，X是氯化銨．n（A）=$\frac{18.4g}{184g/mol}$=0.1mol，n（S）=$\frac{12.8g}{32g/mol}$=0.4mol，則A中含N：$\frac{（18.4-0.4×32）g}{14g/mol}$=0.4mol，故A的分子式為S₄N₄，根據原子守恒可書寫出反應方程式；
（2）依據反應自發進行的條件是△H-T△S＜0分析判斷；
（3）①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
根據蓋斯定律③×2-①-②計算；
（4）根據2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1，則升高溫度，平衡向逆反應方向移動，所以NO的轉化率應該減小，而曲線②NO轉化率隨溫度升高而增大說明反應沒有達到平衡，溫度越高反應速率越快，轉化率越大，據此分析；
（5）根據HNO₂?H⁺+NO₂^-結合電離常數K=4.6×10^-4計算．

解答 解：（1）因為“SCl₂與氨完全反應生成A和淡黃色單質B及離子化合物X，且X的水溶液的pH＜7、A隔絕空氣加強熱可得到 B和氣體單質C”知B是S，A含N、S元素，C是氮氣，X是氯化銨．n（A）=$\frac{18.4g}{184g/mol}$=0.1mol，n（S）=$\frac{12.8g}{32g/mol}$=0.4mol，則A中含N：$\frac{（18.4-0.4×32）g}{14g/mol}$=0.4mol，故A的分子式為S₄N₄，所以SCl₂與氨反應生成A和淡黃色單質B及離子化合物X，反應方程式：6SCl₂+16NH₃=S₄N₄+2S+12NH₄Cl，
故答案為：6SCl₂+16NH₃=S₄N₄+2S+12NH₄Cl；
（2）因為C不完全燃燒時產生CO為放熱反應，則2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0，又熵變減小的反應，△H＞0，△S＜0，則△H-T△S＞0，反應任何溫度下都不能自發進行；故答案為：不可行，因為△H＞0，△S＜0，在任何情況下都不能自發進行；
（3）①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ•mol^-1
③C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
根據蓋斯定律③×2-①-②得2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-393.5×2-180.5+221.0=-746.5kJ•mol^-1，故答案為：-746.5kJ•mol^-1；
（4）根據（3）2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1，則升高溫度，平衡向逆反應方向移動，所以NO的轉化率應該減小，而曲線②NO轉化率隨溫度升高而增大說明反應沒有達到平衡，溫度越高反應速率越快，轉化率越大；
又2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1，則升高溫度，平衡向逆反應方向移動，所以溫度越高，平衡時c（N₂）越小，則變化趨勢圖為，故答案為：反應沒有達到平衡，溫度越高反應速率越快，轉化率越大；．
（5）因為HNO₂的電離方程式為HNO₂?H⁺+NO₂^-，又電離常數K=4.6×10^-4，所以K=$\frac{c（H{\;}^{+}）c（NO{\;}_{2}{\;}^{-}）}{c（HNO{\;}_{2}）}$=$\frac{c{\;}^{2}（H{\;}^{+}）}{0.01mol/L}$=4.6×10^-4，解得：c（H⁺）=2.14×10^-3mol•L^-1，故答案為：2.14×10^-3．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學方程式書寫、蓋斯定律應用、影響平衡移動的因素以及平衡常數的計算等知識，是高考的熱點題型，解題時利用蓋斯定律求反應熱注意方程式變形時，△H的符號和數值，注意影響化學平衡的因素高頻考點，題目難度中等．