Question

7．氮及氮的化合物在生產(chǎn)生活中有著重要的用途，NH₃、HNO₃等是重要化工產(chǎn)品．
（1）合成氨的原料氣N₂和H₂通常是以焦炭、水和空氣為原料來(lái)制取的．其主要反應(yīng)是：①2C+O₂→2CO   ②C+H₂O（g）→CO+H₂   ③CO+H₂O（g）→CO₂+H₂
某次生產(chǎn)中將焦炭、H₂O（g）和空氣（設(shè)空氣中N₂和O₂的體積比為4：1，下同）混合反應(yīng)，所得氣體產(chǎn)物經(jīng)分析，組成如下表：則表中x=44m³．

氣體	CO	N2	CO2	H2	O2
體積（m3）（標(biāo)準(zhǔn)狀況）	x	20	12	60	1.0

（2）汽車(chē)尾氣會(huì)排放氮的氧化物污染環(huán)境．已知?dú)飧字猩�成NO的反應(yīng)為：
N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0
若1mol空氣含有0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃時(shí)在密閉容器內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡．測(cè)得NO為8×10^-4mol．計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)K=4×10^-6；汽車(chē)啟動(dòng)后，氣缸溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大，原因是溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡右移．
（3）SO₂和氮的氧化物都是空氣中的有害氣體，已知：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
則反應(yīng)NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1．
（4）25℃時(shí)，電離平衡常數(shù)：

化學(xué)式	H2CO3	HClO	H2C4H4O6（酒石酸）
電離平衡常數(shù)	K1=4.3×10-7  K2=5.6×10-11	3.0×10-8	K1=9.1×10-4  K2=4.3×10-5

回答下列問(wèn)題：
a．常溫下，將0.1mol/L的次氯酸溶液與0.1mol/L的碳酸鈉溶液等體積混合，所得溶液中各種離子濃度關(guān)系不正確的是AD
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．常溫下，0.1mol/L的酒石酸溶液與pH=13的NaOH溶液等體積混合，所得溶液的pH為6，則c（HC₄H₄O₆^-）+2c（C₄H₄O₆^2-）=（0.05+10^-6-10^-8）mol/L．（列出計(jì)算式）

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)中氮?dú)怏w積不變，N₂的體積為20m³，空氣中N₂和O₂的體積比為4：1，故O₂的體積為5m³，故參加反應(yīng)的O₂的體積為5m³-1.0m³=4m³，再根據(jù)方程式進(jìn)行計(jì)算；
（2）計(jì)算出平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量，反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$計(jì)算；
溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)吸熱，升溫平衡正向移動(dòng)；
（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
據(jù)蓋斯定律，（①-②）÷2得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）；
（4）a．K_a1（H₂CO₃）＞K_a（HClO）＞K_a2（H₂CO₃），故相同濃度時(shí)，酸性：H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-，0.1mol/L的次氯酸溶液與0.1mol/L的碳酸鈉溶液等體積混合得到等濃度的NaClO和NaHCO₃溶液．H₂CO₃K₁=4.3×10^-7，則Kh（HCO₃^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{4.3×1{0}^{-7}}$=2.1×10^-8＞5.6×10^-11，HCO₃^-的溶液呈堿性；
A．ClO^-水解程度大于HCO₃^-的水解程度；
B．ClO^-水解程度大于HCO₃^-的水解程度；
C．根據(jù)物料守恒，可知Na原子物質(zhì)的量等于C原子、Cl原子物質(zhì)的量之和；
D．根據(jù)電荷守恒判斷；
E．根據(jù)質(zhì)子守恒，溶液氫氧根離子源于水的電離、ClO^-、HCO₃^-的水解，而氫離子原與水的電離、HCO₃^-的電離；
b.0.1mol/L的酒石酸溶液與pH=13的NaOH溶液等體積混合，二者濃度相等，混合后c（Na⁺）=0.05mol/L，二者恰好反應(yīng)生成NaHC₄H₄O₆，所得溶液的pH為6，溶液呈酸性，溶液中存在電荷守恒，根據(jù)電荷守恒得c（HC₄H₄O₆^-）+2c（C₄H₄O₆^2-）=c（Na⁺）+c（H⁺）-c（OH^-）．

解答 解：（1）N₂的體積為20m³，空氣中N₂和O₂的體積比為4：1，故O₂的體積為5m³，故參加反應(yīng)的O₂的體積為5-1.0m³=4m³，則：
2C+O₂→2 CO
  4m³   8m³
CO+H₂O（g）→CO₂+H₂
12m³        12m³ 12m³
反應(yīng)③生成氫氣的體積為12m³，消耗CO的體積為12m³，
故反應(yīng)②C+H₂O（g）→CO+H₂生成氫氣為60mL-12mol=48mol，
則所得氣體產(chǎn)物中CO的體積為8m³+48m³-12m³=44m³，
故答案為：44；
（2）已知?dú)飧字猩�成NO的反應(yīng)為：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若氣缸中進(jìn)入1mol空氣（1mol空氣含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），
1300℃時(shí)在密閉容器內(nèi)反應(yīng)達(dá)到平衡．測(cè)得NO為8×10^-4mol，則平衡時(shí)N₂為0.8mol-$\frac{1}{2}$×8×10^-4 mol，O₂為0.2mol-$\frac{1}{2}$×8×10^-4 mol，反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，則K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）×（0.2-1{0}^{-4}）}$≈4×10^-6；
溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡右移，氣缸溫度越高，單位時(shí)間內(nèi)NO排放量越大，
故答案為：4×10^-6；溫度升高，反應(yīng)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
據(jù)蓋斯定律，（①-②）÷2得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1，
故答案為：-41.8；
（4）a．K_a1（H₂CO₃）＞K_a（HClO）＞K_a2（H₂CO₃），故相同濃度時(shí)，酸性：H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-，0.1mol/L的次氯酸溶液與0.1mol/L的碳酸鈉溶液等體積混合得到等濃度的NaClO和NaHCO₃溶液．H₂CO₃K₁=4.3×10^-7，則Kh（HCO₃^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{4.3×1{0}^{-7}}$=2.1×10^-8＞5.6×10^-11，HCO₃^-的溶液呈堿性．
A．溶液中ClO^-、HCO₃^-均水解，溶液呈堿性，ClO^-水解程度大于HCO₃^-的水解程度，故c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（ClO^-）＞c（H⁺），故A錯(cuò)誤；
B．溶液中ClO^-、HCO₃^-均水解，溶液呈堿性，ClO^-水解程度小于HCO₃^-的水解程度，c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（ClO^-）＞c（H⁺），故B正確；
C．根據(jù)物料守恒，可知Na原子物質(zhì)的量等于C原子、Cl原子物質(zhì)的量之和，故c（Na⁺）=c（HClO）+c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）+c（CO₃^2-），故C正確；
D．根據(jù)電荷守恒得c（Na⁺）+c（H⁺）=c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-），故D錯(cuò)誤；
E．根據(jù)質(zhì)子守恒，溶液氫氧根離子源于水的電離、ClO^-、HCO₃^-的水解，而氫離子原與水的電離、HCO₃^-的電離，則c（HClO）+c（H⁺）+c（H₂CO₃）=c（OH^-）+c（CO₃^2-），故E正確；
故答案為：AD；
b.0.1mol/L的酒石酸溶液與pH=13的NaOH溶液等體積混合，二者濃度相等，混合后c（Na⁺）=0.05mol/L，二者恰好反應(yīng)生成NaHC₄H₄O₆，所得溶液的pH為6，溶液呈酸性，溶液中存在電荷守恒，根據(jù)電荷守恒得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，
故答案為：（0.05+10^-6-10^-8）mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、弱電解質(zhì)電離、離子濃度大小比較、反應(yīng)熱計(jì)算等，難度中等，（4）中有關(guān)離子濃度比較為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)．