Question

2．氮及氮的化合物在生產生活中有著重要的用途，NH₃、HNO₃等是重要化工產品．
（1）合成氨的原料氣N₂和H₂通常是以焦炭、水和空氣為原料來制取的．其主要反應是：①2C+O₂→2CO   ②C+H₂O（g）→CO+H₂   ③CO+H₂O（g）→CO₂+H₂
某次生產中將焦炭、H₂O（g）和空氣（設空氣中N₂和O₂的體積比為4：1，下同）混合反應，所得氣體產物經分析，組成如下表：表中x=44m³，實際消耗了30 kg焦炭．

氣體	CO	N2	CO2	H2	O2
體積（m3）（標準狀況）	x	20	12	60	1.0

（2）汽車尾氣會排放氮的氧化物污染環境．已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
若1mol空氣含有0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃時在密閉容器內反應達到平衡．測得NO為8×10^-4mol．計算該溫度下的平衡常數K=$\frac{[NO]^{2}}{[{N}_{2}]•[{O}_{2}]}$=4×10^-6（寫出表達式，并計算出結果）；汽車啟動后，氣缸溫度越高，單位時間內NO排放量越大，原因是溫度升高，反應速率加快，平衡右移．
（3）SO₂和氮的氧化物都是空氣中的有害氣體，已知：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
則反應NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1．
（4）25℃時，電離平衡常數：

化學式	H2CO3	HClO	H2C4H4O6（酒石酸）
電離平衡常數	K1=4.3×10-7 K2=5.6×10-11	3.0×10-8	K1=9.1×10-4 K2=4.3×10-5

回答下列問題：
a．常溫下，將0.1mol/L的次氯酸溶液與0.1mol/L的碳酸鈉溶液等體積混合，所得溶液中各種離子濃度關系正確的是BCE
A．c（Na⁺）＞c（ClO^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）
B．c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（ClO^-）＞c（H⁺）
C．c（Na⁺）═c（HClO）+c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）+c（CO₃^2-）
D．c（Na⁺）+c（H⁺）═c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）
E．c（HClO）+c（H⁺）+c（H₂CO₃）═c（OH^-）+c（CO₃^2-）
b.0.1mol/L的酒石酸溶液與pH=13的NaOH溶液等體積混合，所得溶液的pH為6，則c（HC₄H₄O₆^-）+2c（C₄H₄O₆^2-）=（0.05+10^-6-10^-8）mol/L．（列出計算式）

Answer 1

分析 （1）N₂的體積為20m³，空氣中N₂和O₂的體積比為4：1，故O₂的體積為5m³，故參加反應的O₂的體積為5m³-1.0m³=4m³，根據方程式，結合表格數據進行計算，得出正確結論；
（2）計算出平衡時各種物質的物質的量，結合平衡常數的表達式計算，化學平衡常數K=$\frac{生成物濃度的冪次方}{反應物濃度的冪次方}$；依據化學反應速率和平衡移動原理分析判斷，溫度升高，化學反應速率加快，正反應吸熱，升溫平衡正向移動；
（3）據已知熱化學方程式，利用蓋斯定律解答；
（4）a、常溫下，將0.1mol/L的次氯酸溶液與0.1mol/L的碳酸鈉溶液等體積混合，二者恰好反應生成等物質的量濃度的NaClO和NaHCO₃，溶液中存在電荷守恒和物料守恒；
b、0.1mol/L的酒石酸溶液與pH=13的NaOH溶液等體積混合，二者濃度相等，二者恰好反應生成NaHC₄H₄O₆，所得溶液的pH為6，溶液呈酸性，溶液中存在電荷守恒，根據電荷守恒判斷．

解答 解：（1）N₂的體積為20m³，空氣中N₂和O₂的體積比為4：1，故O₂的體積為$\frac{20}{4}$=5m³，故參加反應的O₂的體積為5-1.0m³=4m³，
①2C+O₂→2CO    ②C+H₂O（g）→CO+H₂              ③CO+H₂O（g）→CO₂+H₂
     4    8                  48 48               12           12  12
產物中二氧化碳的體積為12m³，故反應③生成氫氣的體積為12m³，消耗CO的體積為12m³，
則反應②生成氫氣的體積為60-12=48m³，故反應②生成CO的體積為48m³，消耗的C的物質的量為$\frac{48000}{22.4}$；
參加反應的O₂的體積為4m³，故反應①生成CO的體積為8m³，消耗的C的物質的量為$\frac{8000}{22.4}$；
則所得氣體產物中CO的體積為8m³+48m³-12m³=44m³，消耗的C的質量為=$\frac{48000+8000}{22.4}$=30000g=30kg，
故答案為：44；30；
（2）已知氣缸中生成NO的反應為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若氣缸中進入1mol空氣（1mol空氣含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），1300℃時在密閉容器內反應達到平衡．測得NO為8×10^-4mol，反應前后氣體物質的量相同，計算平衡常數時可以用物質的量代替平衡濃度計算，先計算物質的平衡量，N₂為0.8mol-4×10^-4 mol，O₂為0.2mol-4×10^-4 mol，帶入平衡常數表達式即可，書寫計算得K=$\frac{[NO]^{2}}{[{N}_{2}]•[{O}_{2}]}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）×（0.2-4×1{0}^{-4}）}$=4×10^-6；氣缸溫度越高，單位時間內NO排放量越大，原因是溫度升高，反應速率加快，平衡右移；
故答案為：$\frac{[NO]^{2}}{[{N}_{2}]•[{O}_{2}]}$=4×10^-6；溫度升高，反應速率加快，平衡右移；
（3）已知①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
據蓋斯定律，（①-②）÷2得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1，
故答案為：-41.8；
（4）a、常溫下，將0.1mol/L的次氯酸溶液與0.1mol/L的碳酸鈉溶液等體積混合，二者恰好反應生成等物質的量濃度的NaClO和NaHCO₃，
A．ClO^-水解程度＞HCO₃^-，所以存在c（ClO^-）＜c（HCO₃^-），故錯誤；
B．ClO^-水解程度＞HCO₃^-，鈉離子不水解，溶液呈堿性，所以存在c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（ClO^-）＞c（H⁺），故正確；
C．根據物料守恒得c（Na⁺）=c（HClO）+c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）+c（CO₃^2-），故正確；
D．根據電荷守恒得c（Na⁺）+c（H⁺）=c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-），故錯誤；
E．根據質子守恒得c（HClO）+c（H⁺）+c（H₂CO₃）=c（OH^-）+c（CO₃^2-），故正確；
故答案為：BCE；
b、0.1mol/L的酒石酸溶液與pH=13的NaOH溶液等體積混合，二者濃度相等，混合后c（Na⁺）=0.05mol/L，二者恰好反應生成NaHC₄H₄O₆，所得溶液的pH為6，溶液呈酸性，溶液中存在電荷守恒，根據電荷守恒得c（HC₄H₄O₆^-）+2c（C₄H₄O₆^2-）=c（Na⁺）+c（H⁺）-c（OH^-）=0.05mol/L+10^-6mol/L-10^-8mol/L=（0.05+10^-6-10^-8）mol/L，
故答案為：（0.05+10^-6-10^-8）mol/L．

點評 本題考查了化學計算、蓋斯定律、化學平衡常數的計算，知道弱酸電離平衡常數與酸根離子水解程度關系，再結合守恒思想分析解答，題目難度中等．