Question

16．碳、氮、硫是中学化学重要的非金属元素，在工农业生产中有广泛的应用．
（1）用于发射“天宫一号”的长征二号火箭的燃料是液态偏二甲肼（CH₃）₂N-NH₂，氧化剂是液态四氧化二氮．二者在反应过程中放出大量能量，同时生成无毒、无污染的气体．已知室温下，1g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5kJ，请写出该反应的热化学方程式C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）═2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ/mol．
（2）298K时，在2L的密闭容器中，发生可逆反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-a kJ•mol^-1 （a＞0）．N₂O₄的物质的量浓度随时间变化如图1．达平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍，回答下列问题．
①298k时，该反应的平衡常数为6.67L/mol．
②在温度为T₁、T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图2所示．下列说法正确的是d

a．A、C两点的反应速率：A＞C          
b．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
c．A、C两点气体的颜色：A深，C浅     
d．由状态B到状态A，可以用加热的方法
③若反应在398K进行，某时刻测得n（NO₂）=0.6mol n（N₂O₄）=1.2mol，则此时V_（正）＜V_（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）NH₄HSO₄在分析试剂、医药、电子工业中用途广泛．现向100mL 0.1mol•L^-1NH₄HSO₄溶液中滴加0.1mol•L^-1NaOH溶液，得到的溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图3所示．试分析图中a、b、c、d、e五个点，
①水的电离程度最大的是b；
②其溶液中c（OH^-）的数值最接近NH₃•H₂O的电离常数K数值的是d；
③在c点，溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序是c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-）=c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）先求出偏二甲肼的物质的量，再根据物质的量之比等于热量比求出反应热，然后写出热化学方程式；
（2）①有图可知N₂O₄的平衡浓度为0.6mol/L，达到平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍，则NO₂的平衡浓度为0.3mol/L，带入平衡常数表达式计算；
②a、压强越大，反应速率越快；
b、混合气体的平均相对分子质量=$\frac{混合气体质量总和}{混合气体的物质的量总和}$；
c、NO₂的含量越高，混合气体的颜色越深；
d、可逆反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-a kJ•mol^-1 （a＞0）放热，温度升高平衡逆向移动，二氧化氮含量增大；
③反应为放热反应，升高温度，K值减小，计算可知此时的浓度商Q=K（298K）＞K（398K），反应向逆反应方向移动，因此V_（正）＜V_（逆）；
（3）①a、b、c、d、e五个点，根据反应量的关系，b点恰好消耗完H⁺，溶液中只有（NH₄）₂SO₄与Na₂SO₄；c、d、e三点溶液均含有NH₃•H₂O，（NH₄）₂SO₄可以促进水的电离，而NH₃•H₂O抑制水的电离．
②溶液中铵根离子浓度与一水合氨浓度最接近时，溶液中c（OH^-）的数值最接近NH₃•H₂O的电离常数K数值；
③c点溶液呈中性，则溶液含有（NH₄）₂SO₄、Na₂SO₄、NH₃•H₂O三种成分．

解答 解：（1）1g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5kJ，则1mol偏二甲肼完全燃烧释放出的能量为42.5kJ×60=2550kJ，其热化学方程式为：C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）═2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ/mol；
故答案为：C₂H₈N₂（l）+2N₂O₄（l）═2CO₂（g）+3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-2550 kJ/mol；
（2）①有图可知N₂O₄的平衡浓度为0.6mol/L，达到平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍，则NO₂的平衡浓度为0.3mol/L，则K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.6mol/L}{（0.3mol/L）^{2}}$=6.67L/mol，
故答案为：6.67L/mol；
②a、压强越大，反应速率越快，所以A、C两点的反应速率：A＜C，故a错误；
b、混合气体的平均相对分子质量=$\frac{混合气体质量总和}{混合气体的物质的量总和}$，BC两点混合气体的质量和物质的量都相等，所以混合气体的平均相对分子质量B=C，故b错误；
c、NO₂的含量越高，混合气体的颜色越深，C点压强大于A点，加压平衡向生成N₂O₄的方向移动，但NO₂的浓度比原平衡大，所以混合气体的颜色A点浅C点深，故c错误；
d、可逆反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-a kJ•mol^-1 （a＞0）放热，温度升高平衡逆向移动，二氧化氮含量增大，所以由状态B到状态A，可以用加热的方法，故d正确；
故答案为：d；
③反应为放热反应，升高温度，K值减小，密闭容器的体积为2L，因此的N₂O₄的浓度为0.6mol/L，N₂O₄的浓度为0.3mol/L，浓度商Q=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.6mol/L}{（0.3mol/L）^{2}}$=6.67L/mol=K（298K）＞K（398K），反应向逆反应方向移动，因此V_（正）＜V_（逆）；
故答案为：＜；
（3）①a、b、c、d、e五个点，根据反应量的关系，b点恰好消耗完H⁺，溶液中只有（NH₄）₂SO₄与Na₂SO₄；c、d、e三点溶液均含有NH₃•H₂O，（NH₄）₂SO₄可以促进水的电离，而NH₃•H₂O抑制水的电离，因此水的电离程度最大的是b点，溶液中c（OH^-）的数值最接近NH₃•H₂O的电离常数K数值，
故答案为：b；
②氨水为弱碱，溶液呈碱性，c点溶液呈中性，铵根离子浓度过大，e点溶液碱性过强，一水合氨浓度过大，相对而言d点溶液中铵根离子浓度与一水合氨浓度最接近，溶液中c（OH^-）的数值最接近NH₃•H₂O的电离常数K数值，
故答案为：d；
③c点溶液呈中性，即溶液含有（NH₄）₂SO₄、Na₂SO₄、NH₃•H₂O三种成分，b点时c（Na⁺）=c（SO₄^2-），c点时c（Na⁺）＞c（SO₄^2-），根据N元素与S元素的关系，可以得出c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺），故c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-）=c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-）=c（H⁺）．

点评 本题考查知识点全面，涉及热化学方程式的书写、平衡常数的计算、平衡的移动、离子浓度大小比较、盐类水解等知识点，离子浓度大小比较常与盐类水解、弱电解质的电离联合考查，确定离子浓度大小时要结合电荷守恒、物料守恒来分析解答．