Question

4．氢气是一种高能燃料，也广范应用在工业合成中．
（1）标准摩尔生成焓是指在25℃和101kPa，最稳定的单质生成1mol化合物的焓变．已知25℃和101kPa时下列反应：
①2C₂H₆（g）+7O₂（g）═4CO₂（g）+6H₂O（l）△H=-3116kJ•mol^-1
②C（石墨，s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H=-571.6kJ•mol^-1
写出乙烷标准生成焓的热化学方程式：2C（石墨）+3H2（g）=C₂H₆（g）△H=-86.4kJ/mol．
（2）已知合成氨的反应为：N₂+3H₂?2NH₃△H＜0．某温度下，若将1molN₂和2.8molH₂分别投入到初始体积为2L的恒温恒容、恒温恒压和恒容绝热的三个密闭容器中，测得反应过程中三个容器（用a、b、c表示）内N₂的转化率随时间的变化如图所示，请回答下列问题：
①图中代表反应在恒容绝热容器中进行的曲线是c（用a、b、c表示）．
②曲线a条件下该反应的平衡常数K=800．
③b容器中M点，v（正）小于 v（逆）（填“大于”、“小于”．或“等于”）．
（3）利用氨气可以设计成高能环保燃料电池，用该电池电解含有NO₂^-的碱性工业废水，在阴极产生N₂．阴极电极反应式为2NO₂^-+6e^-+4H₂O=N₂↑+8OH^-；标准状况下，当阴极收集到1l.2LN₂时，理论上消耗NH₃的体积为22.4L．
（4）氨水是制备铜氨溶液的常用试剂，通过以下反应及数据来探究配制铜氨溶液的最佳途径．
已知：Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺+2OH^-   K_sp=2.2×10^-20
Cu²⁺+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]₂+（深蓝色）+4H₂O   K_β=7.24×10¹²
①请用数据说明利用该反应：Cu（OH）₂（s）+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-配制铜氨溶液是否可行：该反应的K=Ksp•Kβ=1.6×10^-7＜10^-5，所以反应很难进行．
②已知反应Cu（OH）₂（s）+2NH₃•H₂O+2NH₄⁺?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O   K=5.16×10²．向盛有少量Cu（OH）₂固体的试管中加入14mol/L的氨水，得到悬浊液；此时若加入适量的硫酸按固体，出现的现象为固体溶解，得到深蓝色溶液；解释出现该现象的原因是溶液中存在平衡Cu（OH）₂（s）+2NH₃•H₂O+2NH₄⁺?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O，加入硫酸按固体增大了按根离子浓度，平衡正向移动．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律分析解答；
（2）①N₂+3H₂?2NH₃△H＜0，而恒容绝热容器中进行，所以体系温度最高，反应速率最快，达平衡的时间最短；
②平衡常数是温度的函数，温度不变K不变，而曲线a和曲线b的温度相同；
③b容器中M点，最终达平衡状态，所以氮气的转化率减小，平衡逆向移动，则v（正）小于v（逆）；
（3）阴极发生还原反应，电极反应式为2NO₂^-+6e^-+4H₂O=N₂↑+8OH^-；阴极收集到1l.2LN₂时，即物质的量为0.5mol，根据转移电子数相等，求消耗NH₃的体积；
（4）①K＜10^-5化学反应不发生，再根据①Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺+2OH^- K_sp=2.2×10^-20；②Cu²⁺+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]₂+（深蓝色）+4H₂O K_β=7.24×10¹²，反应Cu（OH）₂（s）+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-，由①+②得到；
②氢氧化四氨合铜是强碱，加硫酸使Cu（OH）₂（s）+2NH₃•H₂O+2NH₄⁺?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O平衡正向移动，而络离子要稳定存在必须在碱性条件下，所以观察络离子溶解，得到深蓝色的溶液；

解答 解：（1）①2C₂H₆（g）+7O₂（g）═4CO₂（g）+6H₂O（l）△H=-3116kJ•mol^-1；②C（石墨，s+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1；③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H=-571.6kJ•mol^-1；根据盖斯定律可知：△H=-$\frac{①}{2}$+2②+$\frac{3}{2}③$，即乙烷标准生成焓的热化学方程式：2C（石墨）+3H2（g）=C₂H₆（g）△H=-86.4kJ/mol，故答案为：2C（石墨）+3H2（g）=C₂H₆（g）△H=-86.4kJ/mol；
（2）①N₂+3H₂?2NH₃△H＜0，而恒容绝热容器中进行，所以体系温度最高，反应速率最快，达平衡的时间最短，而由图可知消耗时间最短的是c，故选：c；
②平衡常数是温度的函数，温度不变K不变，而曲线a和曲线b的温度相同，
          N₂ +3H₂ ?2NH₃，
初起：1mol      2.8mol    0
变化：0.8mol   2.4mol    1.6mol
平衡：0.2mol    0.4mol    1.6mol
所以K_b=$\frac{0．{8}^{2}}{0．{2}^{3}×0.1}$=800=K_a，故答案为：800；
③b容器中M点，最终达平衡状态，所以氮气的转化率减小，平衡逆向移动，则v（正）小于v（逆），故答案为：小于；
（3）阴极发生还原反应，电极反应式为2NO₂^-+6e^-+4H₂O=N₂↑+8OH^-；阴极收集到1l.2LN₂时，即物质的量为0.5mol，转移电子数的物质的量为：3mol，所以消耗氨气的物质的量为：1mol，则标况下的体积为22.4L，
故答案为：2NO₂^-+6e^-+4H₂O=N₂↑+8OH^-；22.4L；
（4）①K＜10^-5化学反应不发生，再根据①Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺+2OH^- K_sp=2.2×10^-20、②Cu²⁺+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]₂+（深蓝色）+4H₂O K_β=7.24×10¹²，由①+②得到Cu（OH）₂（s）+4NH₃•H₂O?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O+2OH^-，所以该反应的K=Ksp•Kβ=1.6×10^-7＜10^-5，所以反应很难进行，
故答案为：该反应的K=Ksp•Kβ=1.6×10^-7＜10^-5，所以反应很难进行；
②氢氧化四氨合铜是强碱，加硫酸使Cu（OH）₂（s）+2NH₃•H₂O+2NH₄⁺?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O平衡正向移动，而络离子要稳定存在必须在碱性条件下，所以观察络离子溶解，得到深蓝色的溶液，
故答案为：固体溶解，得到深蓝色溶液；溶液中存在平衡Cu（OH）₂（s）+2NH₃•H₂O+2NH₄⁺?[Cu（NH₃）₄]²⁺+4H₂O，加入硫酸按固体增大了按根离子浓度，平衡正向移动．

点评 本题考查图象的分析、平衡常数的计算、电极反应式的书写和平衡的移动，综合性强，为高频考点，侧重考查学生综合运用能力及分析判断能力，题目难度中等．