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10.氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在生产生活中有着重要作用.
(1)如图1是1mol NO2气体和1mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图.则反应过程中放出的总热量应为234kJ.
(2)在固定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:
N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H<0,其平衡常数K与温度T的  关系如下表:
T/K298398498
平衡常数K4.1×106K1K2
①写出该反应的平衡常数表达式.K=$\frac{c{\;}^{2}(NH{\;}_{3})}{c(N{\;}_{2})×c{\;}^{3}(H{\;}_{2})}$.
②试判断K1>K2(填写“>”“=”或“<”)
③下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是c(填字母)
a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2        b.v(N2)=3v(H2
c.容器内压强保持不变                            d.混合气体的密度保持不变
(3)化合物N2 H4 做火箭发动机的燃料时,与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气.
某同学设计了一个N2H4--空气碱性燃料电池,并用该电池电解200mL一定浓度NaCl与CuSO4混合溶液,其装置如图2所示.
①该燃料电池的负极反应式为N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O;
②理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图中曲线 I、II所示(气体体积已换算成标准状况下的体积),写出在t1-t2时间段铁电极上的电极反应式Cu2++2e-=Cu;原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为0.1mol/L
③在t2时所得溶液的pH为1.(假设溶液体积不变)

分析 (1)根据能量变化图,反应热等于正反应的活化能减去逆反应的活化能;
(2)①依据平衡常数等于平衡生成物浓度的幂次方乘积除以反应物浓度的幂次方乘积;
②根据升高温度平衡吸热方向移动以及平衡逆向移动平衡常数减小;
③直接标志:①速率关系:正反应速率与逆反应速率相等,②反应体系中各物质的百分含量保持不变.
间接标志:①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变(m+n≠p+q);②各物质的浓度、物质的量不随时间的改变而改变;③各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变;
(3)电池通入肼N2H4的为负极,乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极,开始Cl-在阳极放电生成氯气,阴极Cu2+放电生成Cu,故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体,Ⅱ表示阳极产生的气体,t1前电极反应式为:阳极2Cl--4e-=Cl2↑,依据生成的迁移体积计算物质的量得到氯化钠物质的量计算浓度,阴极2Cu2++4e-=2Cu,t1~t2电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极2Cu2++4e-=2Cu,t2点后电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极4H++4e-=2H2↑,所以t1~t2 阳极上生成氧气,根据氧气的量计算氢氧根离子的物质的量,水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子,根据公式计算得出C(H+),从而得出溶液的pH.

解答 解:解:(1)该反应的焓变△H=E1-E2=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol,所以热化学方程式为NO2(g)+CO(g)=CO2(g)+NO(g)△H=-234kJ•mol-1,则反应过程中放出的总热量应为234kJ,故答案为:234kJ;
(2)①N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H<0,平衡常数计算表达式k=$\frac{c{\;}^{2}(NH{\;}_{3})}{c(N{\;}_{2})×c{\;}^{3}(H{\;}_{2})}$,故答案为:$\frac{c{\;}^{2}(NH{\;}_{3})}{c(N{\;}_{2})×c{\;}^{3}(H{\;}_{2})}$;
②N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H<0为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,所以K1>K2,故答案为:>;
③a.平衡时反应混合物中各组分的含量保持不变,但容器内N2、H2、NH3的浓度之比不一定为为1:3:2,所以不能作为平衡的标志,故a错误;
b.平衡时不同物质表示速率之比等于系数之比说明到达平衡,即3v(N2=v(H2说明反应达到平衡,故b错误;
c.反应前后气体体积减小,若压强不变,说明反应达到平衡,故c正确;
d.反应前后气体的质量不变,容器的体积不变,所以密度不变,所以混合气体的密度保持不变不能作为平衡的标志,故d错误;
故选:c;
(3)①肼燃料电池中,在碱性条件下,N2H4失电子生成氮气与水,电极反应式为:N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O,
故答案为:N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O;
②乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极,开始Cl-在阳极放电生成氯气,阴极Cu2+放电生成Cu,故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体,Ⅱ表示阳极产生的气体,t1前电极反应式为:阳极2Cl--4e-=Cl2↑,生成氯气为224ml,物质的量为0.01mol,原溶液中氯化钠物质的量为0.02mol,氯化钠浓度=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L;t1~t2电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,t2点后电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,所以在t1后,石墨电极上的电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O;t1~t2电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极Cu2++2e-=Cu,所以t1~t2铁电极上的电极反应式为Cu2++2e-=Cu;故答案为:Cu2++2e-=Cu; 0.1mol/L;
③t2点后电极反应式为:阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极4H++4e-=2H2↑,所以t1~t2 阳极上生成氧气,t1~t2Ⅱ产生的气体体积=0.336L-0.224L=0.112L,阳极上生成112mL氧气需要n(OH-)=$\frac{0.112L×4mol}{22.4L}$=0.02mol,水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子,所以n(H+)=0.02mol,c(H+)=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L,所以溶液的pH=1,
故答案为:1.

点评 本题考查了化学平衡的有关计算、电解池原理等知识点,电解硫酸铜和氯化钠混合溶液时,明确离子的放电顺序是解本题的关键,难度较大.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

20.已知某纯碱试样中含有NaCl杂质,为测定试样中纯碱的质量分数,可用图中的装置进行实验.

主要实验步骤如下:
①按图组装仪器,并检验装置的气密性
②将a g试样放入锥形瓶中,加适量蒸馏水溶解,得到试样溶液
③称量盛有碱石灰的U型管的质量,得到b g
④从分液漏斗滴入6mol•L-1的硫酸,直到不再产生气体时为止
⑤从导管A处缓缓鼓入一定量的空气
⑥再次称量盛有碱石灰的U型管的质量,得到cg
⑦重复步骤⑤和⑥的操作,直到U型管的质量基本不变,为dg
请填空和回答问题:
(1)在用托盘天平称量药品时,如果天平的指针向左偏转,说明样品重,砝码轻.(填“药品”或“砝码”)
(2)装置中干燥管B的作用是防止空气中的CO2和水气进入U型管中.
(3)如果将分液漏斗中的硫酸换成浓度相同的盐酸,测试的结果偏高(填偏高、偏低或不变).
(4)步骤⑤的目的是判断反应产生的CO2是否全部排出,并被U型管中的碱石灰吸收.
(5)步骤④和⑤的离子方程式依次是CO32-+2H+=CO2↑+H2O、CO32-+2H+=CO2↑+H2O.
(6)试样中纯碱的质量分数的计算式为$\frac{106(d-b)}{44}$.
(7)还可以用其它实验方法测定试样中纯碱的质量分数.例如可将ag试样溶于水后加入足量的BaCl2(CaCl2)溶液,根据产生沉淀的质量确定结果.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.FeCl3在现代工业生产中应用广泛.某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3,再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S.
Ⅰ.经查阅资料得知:无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华.他们设计了制备无水FeCl3的实验方案,装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下:

①检验装置的气密性;②通入干燥的Cl2,赶尽装置中的空气;③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成;④…⑤体系冷却后,停止通入Cl2,并用干燥的N2赶尽Cl2,将收集器密封.
请回答下列问题:
(1)装置A中反应的化学方程式为2Fe+3Cl2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeCl3
(2)第③步加热后,生成的烟状FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管A右端要使沉积的FeCl3进入收集器,第④步操作是在沉积的FeCl3固体下方加热.
(3)操作步骤中,为防止FeCl3潮解所采取的措施有②⑤(填步骤序号).
(4)装置B中冷水浴的作用为;装置C的名称为;装置D中FeCl2全部反应后,因失去吸收Cl2的作用而失效,写出检验FeCl2是否失效的试剂:KMnO4溶液.
(5)在虚线框中画出尾气吸收装置E并注明试剂.
Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S,得到单质硫;过滤后,再以石墨为电极,在一定条件下电解滤液.
(6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+
(7)电解池中H+在阴极放电产生H2,阳极的电极反应式为Fe2+-e-=Fe3+
(8)综合分析实验Ⅱ的两个反应,可知该实验有两个显著优点:
①H2S的原子利用率为100%;
②FeCl3得到循环利用.

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18.煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程.
(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气.反应为:
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)△H=+131.3kJ•mol-1,△S=+133.7J•(K•mol) -1
①该反应能否自发进行与温度 有关.
②一定温度下,在一个容积可变的密闭容器中,发生上述反应,下列能判断该反应达到化学平衡状态的是bc  (填字母,下同)
a.容器中的压强不变    
b.1mol H-H键断裂的同时断裂2molH-O键
c.υ(CO)=υ(H2O)    
d.c(CO)=c(H2
(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g),得到如下三组数
          实验组温度/℃起始量/mol平衡量/mol达到平衡所
需时间/min
H2OCOH2CO
1650241.62.45
2900120.41.63
3900abcdt
①实验1中以υ(CO2) 表示的反应速率为0.16mol/(L.min).
②该反应的逆反应为吸(填“吸”或“放”)热反应
(3)目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇.一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),如图表示该反应进行过程中能量(单位为kJ•mol-1)的变化.在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1mol CO2和3mol H2,下列措施中能使c (CH3OH)增大的是cd.
a.升高温度
b.充入He(g),使体系压强增大
c.将H2O(g)从体系中分离出来
d.再充入1mol CO2和3mol H2

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

5.标准状况下,3.36L某无色可燃性气体A在足量的氧气中完全燃烧.若将产物通入足量的石灰水中,得到白色沉淀的质量为30.0g;若用足量的碱石灰吸收燃烧后的产物,增重18.6g.
(1)计算燃烧产物中二氧化碳的质量.
(2)若原气体是单一气态烃,通过计算推断它的分子式,并写出电子式和结构简式.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

15.在不同条件下分别测得反应2SO2+O2?2SO3的化学反应速率,其中表示该反应进行得最快的是(  )
A.v(SO2)=4 mol/(L•min)B.v(O2)=3 mol/(L•min)
C.v(SO3)=6  mol/(L•min)D.v(O2)=6 mol/(L•min)

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.燃烧垃圾能产生空气污染物和某些致癌物质,下列物质中极易使人致癌的是(  )
A.一氧化碳B.二氧化碳C.氯化氢D.二噁英

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

19.已知H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)△H=-57.3kJ/mol.下列关于中和热的说法中正确的是(  )
A.在稀溶液中所有酸和碱反应的中和热数值都相等
B.在稀溶液中1 mol酸和1 mol碱反应放出的热量都相等
C.在稀溶液中HCl和NaOH反应、HNO3和KOH反应的中和热相等
D.将浓硫酸滴入稍过量的氢氧化钠溶液中刚好生成1 mol水时,产生的热量即为中和热

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.莫尔盐[(NH42SO4•FeSO4•6H2O]在空气中比一般亚铁盐稳定,是化学分析中常用的还原剂.某研究性学习小组用如图所示的实验装置来制取莫尔盐,实验步骤如下:
①用30%的NaOH溶液和废铁屑混合、煮沸、冷却、分离,将分离出的NaOH溶液装入F中;
②在E中用①处理过的铁屑和稀H2SO4反应制取FeSO4
③将②制得的FeSO4溶液与(NH42SO4溶液混合,结晶得到莫尔盐.
试回答下列问题:
(1)利用铁屑和稀硫酸反应产生的氢气赶走装置中的氧气及硫酸铵溶液中溶解的氧,其目的是防止亚铁盐被氧化;
铁屑和稀硫酸反应产生的氢气的另外一个作用是将FeSO4溶液压至(NH42SO4溶液中.
(2)设计一个简单的实验证明产品中有Fe2+将少许所得晶体放入KSCN溶液不变色,再向溶液中加入氯水后变成血红色..
(3)为了确定产品中亚铁离子的含量,研究小组用滴定法来测定.若取产品24.50g配成100mL溶液,取出10mL用0.10mol•L-1KMnO4酸性溶液滴定,消耗KMnO4溶液10.00mL.
①试配平反应的离子方程式:
1MnO${\;}_{4}^{-}$+5Fe2++8H+=5Fe3++1Mn2++4H2O
②试求产品中莫尔盐的质量分数80.00% (NH42SO4•FeSO4•6H2O的相对分子质量为392).

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