Question

16．氮的化合物在农业、国防工业、航天工业等领域有广泛的用途．
（1）航天工业中常用N₂H₄做高能燃料，N₂O₄作氧化剂．已知N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.7kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ•mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ•mol^-1
N₂H₄（g）和N₂O₄（g）反应生成一种气态的10e^-分子，还有一种极稳定的单质，写出反应的热化学方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0kJ•mol^-1
（2）工业合成氨对人类社会的发展意义重大，在实验室中常用N₂和H₂在一定条件下进行合成氨的相关研究．T℃时，向容积为3L的密闭容器中，投入4mol N₂和9mol H₂，10min达到化学平衡状态，平衡时NH₃的物质的量为2mol，则0～10min内H₂的平均速率v（H₂）=0.1mol/（L．min），平衡时N₂的转化率α（N₂）=25%．若再增加氢气浓度，该反应的平衡常数将不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）氨水是一种常用的沉淀剂和中和剂．
①已知25℃时，几种难溶电解质的溶度积如下表所示：

氢氧化物	Cu（OH）2	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
Ksp	2.2×10-20	4.0×10-38	8.0×10-16	1.8×10-11

向Cu²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺浓度都为0.01mol•L^-1的溶液中逐滴滴加稀氨水，产生沉淀的先后顺序为Fe（OH）₃、Cu（OH）₂、Fe（OH）₂、Mg（OH）₂（用化学式表示）．
②25℃时，将amol/L的氨水与b mol/L盐酸等体积混合，反应后溶液恰好显中性，则a＞b． （填“＞”、“＜”或“=”）；用a、b表示NH₃•H₂O的电离平衡常数K_b=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$．
（4）（NH₄）₂CO₃是一种捕碳剂，其捕捉CO₂的原理为：
（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）  2NH₄HCO₃ （aq）△H
为研究温度对捕碳效率的影响，在不同温度条件下，将一定量的（NH₄）₂CO₃溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO₂，在t时刻，测得容器中CO₂气体的浓度．其关系如图：
①捕捉CO₂反应的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②在T₄～T₅这个温度区间，容器内CO₂气体浓度变化趋势的原因是：T₄～T₅反应达平衡，正反应为放热反应，随着温度的升高，平衡逆向移动，CO₂的吸收效率降低（或NH₄HCO₃部分分解）．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）依据题干给出数据，列三段表示各物质浓度，依据V=$\frac{△c}{△t}$，计算反应速率；依据α=$\frac{转化量}{起始量}$×100%计算反应物的转化率；平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变；
（3）①根据各物质的溶度积常数计算出开始沉淀时溶液中氢氧根离子的浓度，再判断；
②溶液显中性，所以c（H⁺）=c（OH^-），溶液的电荷守恒可得：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），故c（NH₄⁺）=c（Cl^-），氯化铵是强酸弱碱盐其水溶液呈酸性，要使氯化铵溶液呈中性，则氨水应稍微过量；
（4）①）①从c（CO₂）的变化趋势可见，开始时变小是没达到平衡，拐点是平衡点，其后，随温度的升高c（CO₂）增大，说明平衡向逆向移动，反应放热；
②该反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，c（CO₂）自然升高．

解答 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.7kJ．mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ．mol^-1
③N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ．mol^-1
④2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ．mol^-1
依据盖斯定律和热化学方程式计算，③×2-[②+④+①]得到气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氨气和气态水的热化学方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1；
故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）?3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1 083.0 kJ•mol^-1；
（2）在实验室中常用N₂和H₂在一定条件下进行合成氨的相关研究．T℃时，向容积为3L的密闭容器中，投入4mol N₂和9mol H₂，10min达到化学平衡状态，平衡时NH₃的物质的量为2mol，
                则：N₂+3H₂?2NH₃
起始的物质的量mol：4    9    0
转化的物质的量mol：1     3     2
平衡时物质的量mol：3      6    2
则v（H₂）=$\frac{\frac{3mol}{3L}}{10min}$=0.1mol/（L．min）；
平衡时N₂的转化率α（N₂）=$\frac{1mol}{4mol}$×100%=25%；
平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变；
故答案为：0.1mol/（L．min）；25%；不变；
（3）①向Cu²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺浓度都为0.01mol•L^-1的溶液中缓慢滴加稀氨水，
开始生成Cu（OH）₂沉淀时，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp}{c（C{u}^{2}{\;}^{+}）}}$=$\sqrt{\frac{2.2×10{\;}^{-20}}{0.01}}$=$\sqrt{2.2}$×10^-9mol•L^-1，
开始生成Fe（OH）₃沉淀时，c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4.0×{\;}^{-38}}{0.01}}$=$\root{3}{4}$×10^-12mol•L^-1，
开始生成Fe（OH）₂沉淀时，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{8×10{\;}^{-16}}{0.01}}$=$\sqrt{8}$×10^-7mol•L^-1，
开始生成Mg（OH）₂沉淀时，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.8×10{\;}^{-11}}{0.01}}$=$\sqrt{18}$×10^-5mol•L^-1，
开始生成沉淀时溶液中氢氧根离子浓度越小，则该物质越容易沉淀，所以产生沉淀的先后顺序为Fe（OH）₃、Cu（OH）₂、Fe（OH）₂、Mg（OH）₂；
故答案为：Fe（OH）₃、Cu（OH）₂、Fe（OH）₂、Mg（OH）₂；
②溶液显中性，所以c（H⁺）=c（OH^-），溶液的电荷守恒可得：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），故c（NH₄⁺）=c（Cl^-），氯化铵是强酸弱碱盐其水溶液呈酸性，要使氯化铵溶液呈中性，则氨水应稍微过量，因为盐酸和氨水的体积相等，则氨水的物质的量浓度大于盐酸，
溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=$\frac{b}{2}$mol/L，c（NH₃•H₂O）=（$\frac{a}{2}$-$\frac{b}{2}$）mol/L，
电离常数只与温度有关，则此时NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{c（NH{\\;}_{4}{\;}^{+}\\;）•c（OH{\;}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{\frac{b}{2}×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-\frac{b}{2}}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$；
故答案为：＞；$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$；
（4）①从c（CO₂）的变化趋势可见，开始时变小是没达到平衡，反应向正向进行，拐点是平衡点，其后，随温度的升高c（CO₂）增大，说明平衡向逆向移动，故△H＜0，
故答案为：＜；
②拐点是平衡点，切△H＜0，T₃后，随温度的升高平衡向逆向移动，c（CO₂）增大，
故答案为：T₄～T₅反应达平衡，正反应为放热反应，随着温度的升高，平衡逆向移动；CO₂的吸收效率降低（或NH₄HCO₃部分分解）．

点评 本题考查了热化学方程式书写，化学反应速率、化学平衡移动、盖斯定律的应用，题目综合性强，难度较大．