Question

20．（1）M由两种短周期元素组成，每个M分子含有18个电子，其分子球棍模型如图所示．测得M的摩尔质量为32g/mol．画出编号为2的原子结构示意图：．
（2）已知1.0mol•L^-1NaHSO₃溶液的pH为3.5，加入氯水，振荡后溶液pH迅速降低．溶液pH降低的原因是HSO₃^-+Cl₂+H₂O=3H⁺+SO₄^2-+2Cl^-（用离子方程式表示）．
（3）在常温常压和光照条件下，N₂在催化剂（TiO₂）表面与H₂O反应，生成1molNH₃和O₂时的能量变化值为382.5kJ，达到平衡后此反应NH₃生成量与温度的实验数据如下表．则该反应的热化学方程式为$\frac{1}{2}$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，一定浓度的NH₄⁺能溶解部分Mg（OH）₂固体，反应如下：
2NH₄⁺（aq）+Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2NH₃•H₂O（aq）
写出上述反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（M{g}^{2+}）•{c}^{2}（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{{H}_{4}}^{+}）}$
某研究性学习小组为探究Mg²⁺与NH₃•H₂O反应形成沉淀的情况，设计如下两组实验

实验①	等体积1mol/L氨水和0.1mol/L MgCl2溶液混合	生成白色沉淀
实验②	等体积0.1mol/L氨水和1mol/L MgCl2溶液混合	无现象

请分析实验①、②产生不同现象的原因：从平衡表达式可以看出，当c（NH₃•H₂O）、c（Mg²⁺）改变相同的程度，c²（NH₃•H₂O）对沉淀生成的影响更大[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）在室温下，化学反应I^-（aq）+ClO^-（aq）=IO^-（aq）+Cl^-（aq）的反应物初始浓度、溶液中的氢氧根离子初始浓度及初始速率间的关系如下表所示：

实验编号	I-的初始浓度 （mol•L-1）	ClO-的初始浓度 （mol•L-1）	OH-的初始浓度 （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

已知表中初始反应速率与有关离子浓度关系可以表示为v=k[I^-]¹[ClO^-]^b[OH^-]^c（温度一定时，k为常数）．
①设计实验2和实验4的目的是探究ClO^-对反应速率的影响；
②若实验编号4的其它浓度不变，仅将溶液的酸碱值变更为pH=13，反应的初始速率v=7.2×10^-4．

Answer 1

分析 （1）M分子中含有4个“1”原子和2个“2”原子，且M由两种短周期元素组成、每个M分子含有18个电子，则“1”只能为H原子、2为N原子；
（2）亚硫酸盐与氯水发生氧化还原反应生成硫酸，据此写出反应的离子方程式；
（3）根据表中数据可知，升高温度，平衡右移，说明正反应是吸热反应，根据原子守恒写出该热化学方程式；
（4）根据反应方程式可知该反应的平衡常数K=$\frac{c（M{g}^{2+}）•{c}^{2}（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{{H}_{4}}^{+}）}$；从平衡表达式可以看出，当c（NH₃•H₂O）、c（Mg²⁺）改变相同的程度，c²（NH₃•H₂O）对沉淀生成的影响更大[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根据控制变量设计对比实验原则，实验2和4的目的是探究ClO^-的浓度对反应速率的影响；
②由实验1和3可知，OH^-的浓度对速率无影响，则实验4中溶液的pH变更为pH=13后的反应速率不变．

解答 解：（1）根据题意推断，M分子中含有4个“1”原子和2个“2”原子，且M由两种短周期元素组成、每个M分子含有18个电子，则“1”只能为H原子、2为N原子，所以M为N₂H₄，氮原子的核电荷数为+7，其原子结构示意图为：，
故答案为：；
（2）亚硫酸盐与氯水发生氧化还原反应生成强酸，反应的离子方程式为：HSO₃^-+Cl₂+H₂O=3H⁺+SO₄^2-+2Cl^-，
故答案为：HSO₃^-+Cl₂+H₂O=3H⁺+SO₄^2-+2Cl^-；
（3）根据表中数据可知，升高温度，平衡右移，说明正反应是吸热反应，根据原子守恒可知：$\frac{1}{2}$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，
故答案为：$\frac{1}{2}$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）固体物质不能写进平衡常数表达式，则该反应的平衡常数：K=$\frac{c（M{g}^{2+}）•{c}^{2}（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{{H}_{4}}^{+}）}$；
根据平衡表达式可以看出，当c（NH₃•H₂O）、c（Mg²⁺）改变相同的程度，c²（NH₃•H₂O）对沉淀生成的影响更大[或①中c（Mg²⁺）c²（OH^-）≥K_sp[Mg（OH）₂]，而②中c（Mg²⁺）•c²（OH^-）＜K_sp[Mg（OH）₂]，所以实验①、②产生的现象不同，
故答案为：K=$\frac{c（M{g}^{2+}）•{c}^{2}（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{{H}_{4}}^{+}）}$；从平衡表达式可以看出，当c（NH₃•H₂O）、c（Mg²⁺）改变相同的程度，c²（NH₃•H₂O）对沉淀生成的影响更大[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根据控制变量设计对比实验原则，实验1和2的目的是探究I^-的浓度对反应速率的影响，实验2和4的目的是探究ClO^-的浓度对反应速率的影响，
故答案为：探究ClO^-对反应速率的影响；
②由实验1和3可知，OH^-的浓度对速率无影响，则实验4中溶液的pH变更为pH=13后的反应速率与实验4相等，仍然为：v=7.2×10^-4，故答案为：7.2×10^-4．

点评 本题考查较为综合，涉及物质结构、氧化还原反应、离子方程式、热化学方程式的书写、化学平衡常数的表达式及应用、沉淀的生成、化学反应速率及其影响因素、探究实验方案设计等知识，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力．