Question

5．氮及其化合物在生產(chǎn)、生活中有著重要作用，減少氮氧化物的排放是環(huán)境保護的重要內(nèi)容之一，請回答下列氮及其化合物的相關(guān)問題：
（1）N₄的分子結(jié)構(gòu)與白磷分子的正四面體結(jié)構(gòu)相似．已知斷裂1mol N-N鍵吸收167kJ熱量，生成1mol N≡N鍵放出942kJ熱量，請寫出N₄氣體轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol．
（2）NH₃可直接用作車用燃料電池，產(chǎn)物無污染．寫出堿性介質(zhì)下該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．
（3）在T₁℃時，將5mol N₂O₅置于10L固定容積的密閉容器中發(fā)生下列反應(yīng)：
2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g）；△H＞0；反應(yīng)至5分鐘時各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，測得NO₂的體積分?jǐn)?shù)為50%．
①T₁℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計算式為$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{3}}$．
②用O₂表示從0～5min內(nèi)該反應(yīng)的平均速率υ（O₂）=0.02mol/（L•min）．
③將上述平衡體系的溫度降至T₂℃，密閉容器內(nèi)減小的物理量有AC．
A．壓強      B．密度       C．反應(yīng)速率       D．N₂O₅的濃度
（4）在恒溫恒容的密閉容器中充入NO₂，建立如下平衡：2NO₂（g）?N₂O₄（g），平衡時N₂O₄與NO₂的物質(zhì)的量之比為a，其它條件不變的情況下，分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，平衡后引起的變化正確的是B．
A．都引起a減小
B．都引起a增大
C．充入NO₂引起a減小，充入N₂O₄引起a增大
D．充入NO₂引起a增大，充入N₂O₄引起a減小
（5）25℃時，NH₃•H₂O電離常數(shù)K_b=1.8×10^-5，Mg（OH）₂的溶度積常數(shù)K_sp=1.8×10^-11，用pH計測得0.5mol•L^一1氨水溶液的pH約為11.5．在某氯化鎂溶液中加入一定量某濃度的氨水后，測得混合液pH=11.0，則此溫度下殘留在溶液中的c（Mg²⁺）=1.8×10^-5mol/L．
（已知lg2≈0.3、lg3≈0.5）．

Answer 1

分析 （1）N₄氣體轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂氣體先破壞N₄分子N-N鍵吸收能量，再生成N₂分子形成N≡N鍵放出能量，注意一個N₄分子中含有6個N-N鍵，根據(jù)能量的變化寫出熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）原電池中，負(fù)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，注意結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性寫電極反應(yīng)式；
（3）根據(jù)三段式計算出各組分的物質(zhì)的量的變化量、平衡時各組分的物質(zhì)的量；
①平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值，即K=$\frac{c（{O}_{2}）{c}^{4}（N{O}_{2}）}{{c}^{3}（{N}_{2}{O}_{5}）}$；
②根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（O₂）；
③該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，降低溫度平衡向逆反應(yīng)進行，再根據(jù)選項具體分析；
（4）平衡后分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，相當(dāng)于增大體系壓強，二氧化氮平衡轉(zhuǎn)化率增大，平衡時N₂O₄與NO₂的物質(zhì)的量之比為a增大；
（5）根據(jù)氨水電離生成等量的銨根離子和氫氧根離子，由電離平衡常數(shù)求出平衡時氫氧根離子的濃度；25℃時時，Mg（OH）₂的溶度積常數(shù)K_sp=1.8×10^-11，pH=11.0，c（OH^-）=0.001mol/L，以此計算．

解答 解：（1）根據(jù)原子守恒知，一個N₄分子生成2個N₂分子，一個N₄分子中含有6個N-N鍵，破壞1molN₄分子中含有6molN-N鍵需要吸收167kJ/mol×6mol=1002kJ能量；
生成2molN≡N鍵放出942kJ/mol×2mol=1884kJ能量，所以該反應(yīng)放出1884kJ-1002kJ=882kJ能量，所以熱化學(xué)反應(yīng)方程式為N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol，
故答案為：N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol；
（2）原電池中，負(fù)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，該反應(yīng)中氨氣發(fā)生氧化反應(yīng)，所以負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是：氨氣失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮氣和水，電極反應(yīng)式為
2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
（3）令平衡時O₂的物質(zhì)的量為nmol，則
    對于反應(yīng) 2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g），
開始（mol）：5            0         0
變化（mol）：2n           4n        n
平衡（mol）：5-2n         4n        n
所以 $\frac{4n}{（5-2n）+4n+n}$×100%=50%，解得n=1，
①由上述計算知平衡時N₂O₅3mol、NO₂4mol、O₂1mol．所以平衡時N₂O₅的濃度為 $\frac{3mol}{10L}$=0.3mol/L，平衡時NO₂的濃度為 $\frac{4mol}{10L}$=0.4mol/L，平衡時O₂的濃度為$\frac{1mol}{10L}$=0.1mol/L，
所以平衡常數(shù)k=$\frac{c（{O}_{2}）{c}^{4}（N{O}_{2}）}{{c}^{3}（{N}_{2}{O}_{5}）}$=$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{3}}$，
故答案為：$\frac{0.1×0．{4}^{4}}{0．{3}^{3}}$；
②由上述計算知平衡時O₂的質(zhì)的量為1mol，
從0～5min內(nèi)用O₂表示該反應(yīng)的平均速率v（O₂）=$\frac{\frac{1mol}{10L}}{5min}$=0.02mol/（L•min），
故答案為：0.02mol/（L•min）；
③A．該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，降低溫度平衡向逆反應(yīng)進行，由于反應(yīng)前氣體體積比反應(yīng)后小，所以壓強減小，故A正確；
B．都為氣體，總質(zhì)量不變，體積不變，所以密度不變，故B錯誤；
C．溫度降低，反應(yīng)速率降低，故C正確；
D．該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，降低溫度平衡向逆反應(yīng)進行，N₂O₅的濃度增加，故D錯誤．
故選：AC；
（4）在恒溫恒容的密閉容器中充入NO₂，建立如下平衡：2NO₂（g）?N₂O₄（g），平衡后分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，相當(dāng)于增大體系壓強，二氧化氮平衡轉(zhuǎn)化率增大，平衡時N₂O₄與NO₂的物質(zhì)的量之比為a增大；
故答案為：B．
（5）已知氨水電離生成等量的銨根離子和氫氧根離子，NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)為Kb=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（{H}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{0.5mol/L}$=1.8×10^-5 ，所以c（OH^-）=3×10^-3mol/L，則c（H⁺）=$\frac{1}{3}$×10^-11mol/L，所以PH=11.5；
①25℃時時，Mg（OH）₂的溶度積常數(shù)K_sp=1.8×10^-11，pH=11.0，c（OH^-）=0.001mol/L，殘留在溶液中的c（Mg²⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{1.8×1{0}^{-11}}{（0.001）^{2}}$=1.8×10^-5mol/L，
故答案為：11.5；1.8×10^-5mol/L；

點評 本題考查了反應(yīng)熱、原電池電極反應(yīng)、平衡常數(shù)反應(yīng)速率的影響因素分析判斷，化學(xué)平衡移動、化學(xué)平衡常數(shù)及計算等，難度中等，考查學(xué)生分析和解決問題的能力和對知識的掌握．