Question

研究化學反應對人類社會的發展進步有重要意義．

（1）已知：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H₁=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂=-523.6kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
根據最新“人工固氮”的研究報道，在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發生反應生成氨氣，試寫出此反應的熱化學方程式______．
（2）現有反應：Cu+H₂SO₄═CuSO₄+H₂，欲通過如圖1所示裝置實現上述反應，請選擇合適的裝置在括
號內標出電極材料（填“Cu”或“C”），并且寫出C電極上的電極反應式______．
（3）長期使用的鍋爐需要定期除水垢，否則會降低燃料的利用率．水垢中含有的CaSO₄，可先用Na₂CO₃溶液處理，使之轉化為疏松、易溶于酸的CaCO₃，而后用酸除去．則CaSO₄ 轉化為CaCO₃的離子方程式為______．
（4）科學研究發現納米級Cu₂O的可作為太陽光分解水的催化劑．一定溫度下，在2L密閉容器中加入納米級Cu₂O并通入0.10mol水蒸氣，發生反應：2H₂O（g）2H₂（g）+O₂（g）△H＞0，不同時段產生O₂的量見下表：

時間/min	20	40	60	80
n（O2）/mol	0.0010	0.0016	0.0020	0.0020

則：
①該條件下上述反應的化學平衡常數K=______；
②若達到平衡后在t₁時刻保持溫度不變，將容器的體積縮小，請在圖2中畫出正、逆反應速率隨時間變化的關系圖．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據蓋斯定律來計算化學反應的焓變；
（2）Cu和H₂SO₄之間的反應是非自發的，需要電解池實現，根據電解池的構成條件來回答；
（3）沉淀向著更難溶的方向轉化；
（4）①根據化學平衡常數表達式的寫法來回答；
②保持溫度不變，將容器的體積縮小，則壓強增大，正逆反應速率均增大，平衡向著氣體體積減小的方向進行．
解答：解（1）已知：①N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H₁=-92.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂=-523.6kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
則反應2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）等于①×2-3×②-6×③，所以△H=2△H₁-3△H₂-6△H₃=-1650 kJ/mol，
故答案為：2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=-1650 kJ/mol；
（2）Cu和H₂SO₄之間的反應是非自發的，需要電解池實現，金屬銅作陽極，陰極是導體即可，電解質為硫酸，即：，
C電極為陰極，反應為：2H⁺+2e^-→H₂↑，故答案為：；2H⁺+2e^-→H₂↑；
（3）沉淀向著更難溶的方向轉化，CaSO₄和碳酸鈉反應轉化為CaCO₃的離子方程式為：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），
故答案為：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）；
（4）①解：根據表中數據，可以看出反應在60min時達到平衡，則
            2H₂O（g）2H₂（g）+O₂（g）
初始濃度：0.05          0        0
變化濃度：0.002       0.002     0.001
平衡濃度：0.048        0.002    0.001
則平衡常數K==1.7×10^-6mol/L，由圖可知H₂的濃度隨時間降低，改變條件瞬間H₂濃度不變，所以不保持溫度不變，將容器的體積縮小，
則壓強增大，正逆反應速率均增大，平衡向著氣體體積減小的方向進行，即向左進行，所以逆反應速率還是大于正反應速率，即，
故答案為：1.7×10^-6mol/L；．
點評：本題考查學生化學平衡常數的含義以及化學反應速率和化學平衡的影響因素知識，是一道綜合題，難度較大．