Question

6．氮和硫的化合物在工农业生产、生活中具有重要应用．请回答下列问题：
（1）航天领域中常用N₂H₄作为火箭发射的助燃剂．N₂H₄与氨气相似，是一种碱性气体，易溶于水，生成弱碱N₂H₄•H₂O．用电离方程式表示N₂H₄•H₂O显碱性的原因N₂H₄•H₂0?N₂H₅⁺+OH^-．
（2）在恒温条件下，1mol NO₂和足量C发生反应：2NO₂（g）+2C（s）?N₂（g）+2CO₂（g），测得平衡时NO₂和CO₂的物质的量浓度与平衡总压的关系如图1所示：

①A、B两点的浓度平衡常数关系：K_c（A）=K_c（B）（填“＜”或“＞”或“=”）．
②A、B、C三点中NO₂的转化率最高的是A（填“A”或“B”或“C”）点．
③计算C点时该反应的压强平衡常数K_p=2 MPa（列出表达式并计算结果．K_p是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）．
（3）亚硝酸的电离平衡常数Ka=5.1×10 ^-4（298K）．它的性质和硝酸很类似．
①已知298K 时，H₂CO₃的K_a1=4.2×10^-7；K_a2=5.61×10^-11．向含有2mol碳酸钠的溶液中加入1mol的HNO₂后，则溶液中CO₃^2-、HCO₃^-和NO₂^-的离子浓度由大到小是[HCO₃^-]＞[NO₂^-]＞[CO₃^2-]．
②将10mL0.1mol/L的亚硝酸溶液加入到10mL0.1mol/L氨水（已知在25℃时，一水合氨的K_i=1.8×10^-5）中，最后所得溶液为酸性（填“酸性”、“碱性”或者“中性”）．
（4）一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以CaSO₄的形成固定下来，但产生的CO又会与CaSO₄发生化学反应，相关的热化学方程式如下：
①CaSO₄（s）+CO（g）?CaO（s）+SO₂（g）+CO₂（g）△H=+210.5kJ•mol^-1
②CaSO₄（s）+4CO（g）?CaS（s）+4CO₂（g）△H=-189.2kJ•mol^-1
反应CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g）△H=-399.7kJ•mol^-1；
（5）H₂S气体溶于水形成的氢硫酸是一种二元弱酸，25℃时，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中，通人HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液pH，溶液pH与c（S^2-）关系如图2所示（忽略溶液体积的变化、H₂S的挥发）．
①pH=13时，溶液中的c（H₂S）+c（HS^-）=0.043mol•L^-1；
②某溶液含0.010mol•L^-1Fe²⁺和0.10mol•L^-1H₂S，当溶液pH=2时，Fe²⁺开始沉淀．【已知：K_SP（FeS）】=1.4×10^-19．

Answer 1

分析 （1）N₂H₄结合H₂O电离的氢离子使溶液呈碱性；
（2）①平衡常数只受温度影响，据此判断；
②增大压强平衡向气体体积减小的方向移动；
③在C点时，二氧化碳与二氧化氮的浓度相等，根据反应2NO₂（g）+2C（s）?N₂（g）+2CO₂（g），可知氮气的浓度为二氧化碳的一半，据此确定各成份气体的体积分数，进而确定反应的压强平衡常数K_p；
（3）①弱酸电离常数越大，酸性越强，其酸根离子水解程度越小；
②亚硝酸的电离程度大于一水合氨的电离程度，铵根离子的水解程度大于亚硝酸根离子的程度；
（4）利用盖斯定律将②×4-①可得CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g）反应热；
（5）①pH=13时，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根据硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1；
②当Qc=K_sp（MnS）时开始沉淀，由此求出硫离子的浓度，结合图象得出此时的pH；

解答 解：（1）肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，则电离生成OH^-和阳离子，电离方程式为N₂H₄•H₂0?N₂H₅⁺+OH^-，
故答案为：N₂H₄•H₂0?N₂H₅⁺+OH^-；
（2）①平衡常数只受温度影响，所以K_c（A）=K_c（B） ，
故答案为：K_c（A）=K_c（B）；
②增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，该反应的正反应是气体体积增大的反应，所以A、B、C三点中NO₂的转化率最高的是A点，
故答案为：A；
③在C点时，二氧化碳与二氧化氮的浓度相等，根据反应2NO₂（g）+2C（s）?N₂（g）+2CO₂（g），可知氮气的浓度为二氧化碳的一半，所以混合气体中CO₂的体积分数为$\frac{2}{5}$，NO₂的体积分数$\frac{2}{5}$，N₂的体积分数$\frac{1}{5}$，所以反应的压强平衡常数K_p=$\frac{{p}^{2}（CO{\;}_{2}）p（{N}_{2}）}{{p}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{（10×\frac{2}{5}）^{2}×10×\frac{1}{5}}{（{10×\frac{2}{5}）}^{2}}$MPa=2MPa，
故答案为：2 MPa；
（3）①由亚硝酸的电离平衡常数Ki=5.1×10 ^-4，H₂CO₃的K_i1=4.2×10^-7，K_i2=5.61×10^-11，可判断水解程度大小顺序为CO₃^2-＞NO₂^-，水解生成HCO₃^-，所以溶液中CO₃^2-离子、HCO₃^-离子和NO₂^-离子的浓度大小关系为[HCO₃^-]＞[NO₂^-]＞[CO₃^2-]，
故答案为：[HCO₃^-]＞[NO₂^-]＞[CO₃^2-]；
②已知在25℃时，一水合氨的K_i=1.8×10^-5，亚硝酸的电离平衡常数Ki=5.1×10 ^-4，所以亚硝酸的电离程度大于一水合氨的电离程度，则铵根离子的水解程度大于亚硝酸根离子的程度，根据越弱越水解，铵根离子的水解程度大，所以最后所得溶液为酸性，
故答案为：酸性；
（4）利用盖斯定律将②×4-①可得CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g）△H=4×（-47.3kJ•mol^-1）-（210.5kJ•mol^-1）=-399.7kJ•mol^-1，
故答案为：-399.7；
（5）①根据溶液pH与c（S^2-）关系图pH=13时，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根据硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1，所以c（H₂S）+c（HS^-）=0.1-5.7×10^-2=0.043mol/L，
故答案为：0.043；
②当Qc=K_sp（FeS）时开始沉淀，所以c（S^2-）=$\frac{Ksp（FeS）}{c（Fe{\;}^{2+}）}$=$\frac{1.4×10{\;}^{-19}}{0.01}$mol/L=1.4×10^-17mol/L，结合图象得出此时的pH=2，所以pH=2时亚铁离子开始沉淀，
故答案为：2．

点评 本题考查物质弱电解质的电离、化学平衡、盐类的水解、沉淀的溶解平衡等，掌握平衡移动原理是解题的关键，是对知识的综合考查，需要学生具有扎实的基础与分析问题、解决问题的能力．