Question

20．（1）M由兩種短周期元素組成，每個M分子含有18個電子，其分子球棍模型如圖所示．測得M的摩爾質量為32g/mol．畫出編號為2的原子結構示意圖：．
（2）已知1.0mol•L^-1NaHSO₃溶液的pH為3.5，加入氯水，振蕩后溶液pH迅速降低．溶液pH降低的原因是HSO₃^-+Cl₂+H₂O=3H⁺+SO₄^2-+2Cl^-（用離子方程式表示）．
（3）在常溫常壓和光照條件下，N₂在催化劑（TiO₂）表面與H₂O反應，生成1molNH₃和O₂時的能量變化值為382.5kJ，達到平衡后此反應NH₃生成量與溫度的實驗數據如下表．則該反應的熱化學方程式為$\frac{1}{2}$N₂（g）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）?NH₃（g）+$\frac{3}{4}$O₂（g）△H=+382.5kJ/mol（或2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol）．

T/K	303	313	323
NH3生成量/（10-1mol）	4.3	5.9	6.0

（4）在溶液中，一定濃度的NH₄⁺能溶解部分Mg（OH）₂固體，反應如下：
2NH₄⁺（aq）+Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2NH₃•H₂O（aq）
寫出上述反應的平衡常數表達式K=$\frac{c（M{g}^{2+}）•{c}^{2}（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{{H}_{4}}^{+}）}$
某研究性學習小組為探究Mg²⁺與NH₃•H₂O反應形成沉淀的情況，設計如下兩組實驗

實驗①	等體積1mol/L氨水和0.1mol/L MgCl2溶液混合	生成白色沉淀
實驗②	等體積0.1mol/L氨水和1mol/L MgCl2溶液混合	無現象

請分析實驗①、②產生不同現象的原因：從平衡表達式可以看出，當c（NH₃•H₂O）、c（Mg²⁺）改變相同的程度，c²（NH₃•H₂O）對沉淀生成的影響更大[或①中c（Mg²⁺）•c²（OH^-）≥K_sp[Mg（OH）₂]，而②中c（Mg²⁺）•c²（OH^-）＜K_sp[Mg（OH）₂]．
（5）在室溫下，化學反應I^-（aq）+ClO^-（aq）=IO^-（aq）+Cl^-（aq）的反應物初始濃度、溶液中的氫氧根離子初始濃度及初始速率間的關系如下表所示：

實驗編號	I-的初始濃度 （mol•L-1）	ClO-的初始濃度 （mol•L-1）	OH-的初始濃度 （mol•L-1）	初始速率v （mol•L-1•s-1）
1	2×10-3	1.5×10-3	1.00	1.8×10-4
2	a	1.5×10-3	1.00	3.6×10-4
3	2×10-3	3×10-3	2.00	1.8×10-4
4	4×10-3	3×10-3	1.00	7.2×10-4

已知表中初始反應速率與有關離子濃度關系可以表示為v=k[I^-]¹[ClO^-]^b[OH^-]^c（溫度一定時，k為常數）．
①設計實驗2和實驗4的目的是探究ClO^-對反應速率的影響；
②若實驗編號4的其它濃度不變，僅將溶液的酸堿值變更為pH=13，反應的初始速率v=7.2×10^-4．

Answer 1

分析 （1）M分子中含有4個“1”原子和2個“2”原子，且M由兩種短周期元素組成、每個M分子含有18個電子，則“1”只能為H原子、2為N原子；
（2）亞硫酸鹽與氯水發生氧化還原反應生成硫酸，據此寫出反應的離子方程式；
（3）根據表中數據可知，升高溫度，平衡右移，說明正反應是吸熱反應，根據原子守恒寫出該熱化學方程式；
（4）根據反應方程式可知該反應的平衡常數K=$\frac{c（M{g}^{2+}）•{c}^{2}（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{{H}_{4}}^{+}）}$；從平衡表達式可以看出，當c（NH₃•H₂O）、c（Mg²⁺）改變相同的程度，c²（NH₃•H₂O）對沉淀生成的影響更大[或①中c（Mg²⁺）c²（OH^-）≥K_sp[Mg（OH）₂]，而②中c（Mg²⁺）•c²（OH^-）＜Ksp[Mg（OH）₂]；
（5）①根據控制變量設計對比實驗原則，實驗2和4的目的是探究ClO^-的濃度對反應速率的影響；
②由實驗1和3可知，OH^-的濃度對速率無影響，則實驗4中溶液的pH變更為pH=13后的反應速率不變．

解答 解：（1）根據題意推斷，M分子中含有4個“1”原子和2個“2”原子，且M由兩種短周期元素組成、每個M分子含有18個電子，則“1”只能為H原子、2為N原子，所以M為N₂H₄，氮原子的核電荷數為+7，其原子結構示意圖為：，
故答案為：；
（2）亞硫酸鹽與氯水發生氧化還原反應生成強酸，反應的離子方程式為：HSO₃^-+Cl₂+H₂O=3H⁺+SO₄^2-+2Cl^-，
故答案為：HSO₃^-+Cl₂+H₂O=3H⁺+SO₄^2-+2Cl^-；
（3）根據表中數據可知，升高溫度，平衡右移，說明正反應是吸熱反應，根據原子守恒可知：$\frac{1}{2}$N₂（g）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）?NH₃（g）+$\frac{3}{4}$O₂（g）△H=+382.5kJ/mol，或2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol，
故答案為：$\frac{1}{2}$N₂（g）+$\frac{3}{2}$H₂O（l）?NH₃（g）+$\frac{3}{4}$O₂（g）△H=+382.5kJ/mol（或2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol）；
（4）固體物質不能寫進平衡常數表達式，則該反應的平衡常數：K=$\frac{c（M{g}^{2+}）•{c}^{2}（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{{H}_{4}}^{+}）}$；
根據平衡表達式可以看出，當c（NH₃•H₂O）、c（Mg²⁺）改變相同的程度，c²（NH₃•H₂O）對沉淀生成的影響更大[或①中c（Mg²⁺）c²（OH^-）≥K_sp[Mg（OH）₂]，而②中c（Mg²⁺）•c²（OH^-）＜K_sp[Mg（OH）₂]，所以實驗①、②產生的現象不同，
故答案為：K=$\frac{c（M{g}^{2+}）•{c}^{2}（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{{H}_{4}}^{+}）}$；從平衡表達式可以看出，當c（NH₃•H₂O）、c（Mg²⁺）改變相同的程度，c²（NH₃•H₂O）對沉淀生成的影響更大[或①中c（Mg²⁺）•c²（OH^-）≥K_sp[Mg（OH）₂]，而②中c（Mg²⁺）•c²（OH^-）＜K_sp[Mg（OH）₂]；
（5）①根據控制變量設計對比實驗原則，實驗1和2的目的是探究I^-的濃度對反應速率的影響，實驗2和4的目的是探究ClO^-的濃度對反應速率的影響，
故答案為：探究ClO^-對反應速率的影響；
②由實驗1和3可知，OH^-的濃度對速率無影響，則實驗4中溶液的pH變更為pH=13后的反應速率與實驗4相等，仍然為：v=7.2×10^-4，故答案為：7.2×10^-4．

點評 本題考查較為綜合，涉及物質結構、氧化還原反應、離子方程式、熱化學方程式的書寫、化學平衡常數的表達式及應用、沉淀的生成、化學反應速率及其影響因素、探究實驗方案設計等知識，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及靈活應用基礎知識的能力．