Question

2．氮及氮的化合物在生产生活中有着重要的用途，NH₃、HNO₃等是重要化工产品．
（1）合成氨的原料气N₂和H₂通常是以焦炭、水和空气为原料来制取的．其主要反应是：①2C+O₂→2CO   ②C+H₂O（g）→CO+H₂   ③CO+H₂O（g）→CO₂+H₂
某次生产中将焦炭、H₂O（g）和空气（设空气中N₂和O₂的体积比为4：1，下同）混合反应，所得气体产物经分析，组成如下表：表中x=44m³，实际消耗了30 kg焦炭．

气体	CO	N2	CO2	H2	O2
体积（m3）（标准状况）	x	20	12	60	1.0

（2）汽车尾气会排放氮的氧化物污染环境．已知气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
若1mol空气含有0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃时在密闭容器内反应达到平衡．测得NO为8×10^-4mol．计算该温度下的平衡常数K=$\frac{[NO]^{2}}{[{N}_{2}]•[{O}_{2}]}$=4×10^-6（写出表达式，并计算出结果）；汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是温度升高，反应速率加快，平衡右移．
（3）SO₂和氮的氧化物都是空气中的有害气体，已知：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
则反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1．
（4）25℃时，电离平衡常数：

化学式	H2CO3	HClO	H2C4H4O6（酒石酸）
电离平衡常数	K1=4.3×10-7 K2=5.6×10-11	3.0×10-8	K1=9.1×10-4 K2=4.3×10-5

回答下列问题：
a．常温下，将0.1mol/L的次氯酸溶液与0.1mol/L的碳酸钠溶液等体积混合，所得溶液中各种离子浓度关系正确的是BCE
A．c（Na⁺）＞c（ClO^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）
B．c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（ClO^-）＞c（H⁺）
C．c（Na⁺）═c（HClO）+c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）+c（CO₃^2-）
D．c（Na⁺）+c（H⁺）═c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）
E．c（HClO）+c（H⁺）+c（H₂CO₃）═c（OH^-）+c（CO₃^2-）
b.0.1mol/L的酒石酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合，所得溶液的pH为6，则c（HC₄H₄O₆^-）+2c（C₄H₄O₆^2-）=（0.05+10^-6-10^-8）mol/L．（列出计算式）

Answer 1

分析 （1）N₂的体积为20m³，空气中N₂和O₂的体积比为4：1，故O₂的体积为5m³，故参加反应的O₂的体积为5m³-1.0m³=4m³，根据方程式，结合表格数据进行计算，得出正确结论；
（2）计算出平衡时各种物质的物质的量，结合平衡常数的表达式计算，化学平衡常数K=$\frac{生成物浓度的幂次方}{反应物浓度的幂次方}$；依据化学反应速率和平衡移动原理分析判断，温度升高，化学反应速率加快，正反应吸热，升温平衡正向移动；
（3）据已知热化学方程式，利用盖斯定律解答；
（4）a、常温下，将0.1mol/L的次氯酸溶液与0.1mol/L的碳酸钠溶液等体积混合，二者恰好反应生成等物质的量浓度的NaClO和NaHCO₃，溶液中存在电荷守恒和物料守恒；
b、0.1mol/L的酒石酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合，二者浓度相等，二者恰好反应生成NaHC₄H₄O₆，所得溶液的pH为6，溶液呈酸性，溶液中存在电荷守恒，根据电荷守恒判断．

解答 解：（1）N₂的体积为20m³，空气中N₂和O₂的体积比为4：1，故O₂的体积为$\frac{20}{4}$=5m³，故参加反应的O₂的体积为5-1.0m³=4m³，
①2C+O₂→2CO    ②C+H₂O（g）→CO+H₂              ③CO+H₂O（g）→CO₂+H₂
     4    8                  48 48               12           12  12
产物中二氧化碳的体积为12m³，故反应③生成氢气的体积为12m³，消耗CO的体积为12m³，
则反应②生成氢气的体积为60-12=48m³，故反应②生成CO的体积为48m³，消耗的C的物质的量为$\frac{48000}{22.4}$；
参加反应的O₂的体积为4m³，故反应①生成CO的体积为8m³，消耗的C的物质的量为$\frac{8000}{22.4}$；
则所得气体产物中CO的体积为8m³+48m³-12m³=44m³，消耗的C的质量为=$\frac{48000+8000}{22.4}$=30000g=30kg，
故答案为：44；30；
（2）已知气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若气缸中进入1mol空气（1mol空气含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），1300℃时在密闭容器内反应达到平衡．测得NO为8×10^-4mol，反应前后气体物质的量相同，计算平衡常数时可以用物质的量代替平衡浓度计算，先计算物质的平衡量，N₂为0.8mol-4×10^-4 mol，O₂为0.2mol-4×10^-4 mol，带入平衡常数表达式即可，书写计算得K=$\frac{[NO]^{2}}{[{N}_{2}]•[{O}_{2}]}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）×（0.2-4×1{0}^{-4}）}$=4×10^-6；气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是温度升高，反应速率加快，平衡右移；
故答案为：$\frac{[NO]^{2}}{[{N}_{2}]•[{O}_{2}]}$=4×10^-6；温度升高，反应速率加快，平衡右移；
（3）已知①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
据盖斯定律，（①-②）÷2得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1，
故答案为：-41.8；
（4）a、常温下，将0.1mol/L的次氯酸溶液与0.1mol/L的碳酸钠溶液等体积混合，二者恰好反应生成等物质的量浓度的NaClO和NaHCO₃，
A．ClO^-水解程度＞HCO₃^-，所以存在c（ClO^-）＜c（HCO₃^-），故错误；
B．ClO^-水解程度＞HCO₃^-，钠离子不水解，溶液呈碱性，所以存在c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（ClO^-）＞c（H⁺），故正确；
C．根据物料守恒得c（Na⁺）=c（HClO）+c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）+c（CO₃^2-），故正确；
D．根据电荷守恒得c（Na⁺）+c（H⁺）=c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-），故错误；
E．根据质子守恒得c（HClO）+c（H⁺）+c（H₂CO₃）=c（OH^-）+c（CO₃^2-），故正确；
故答案为：BCE；
b、0.1mol/L的酒石酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合，二者浓度相等，混合后c（Na⁺）=0.05mol/L，二者恰好反应生成NaHC₄H₄O₆，所得溶液的pH为6，溶液呈酸性，溶液中存在电荷守恒，根据电荷守恒得c（HC₄H₄O₆^-）+2c（C₄H₄O₆^2-）=c（Na⁺）+c（H⁺）-c（OH^-）=0.05mol/L+10^-6mol/L-10^-8mol/L=（0.05+10^-6-10^-8）mol/L，
故答案为：（0.05+10^-6-10^-8）mol/L．

点评 本题考查了化学计算、盖斯定律、化学平衡常数的计算，知道弱酸电离平衡常数与酸根离子水解程度关系，再结合守恒思想分析解答，题目难度中等．