Question

【题目】运用化学反应原理研究氮、硫单质及其化合物性质是一个重要的课题。回答下列问题：

(1)恒容密闭容器中，工业固氮：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数K值和温度关系如表：

温度/℃	25	200	300	400	450
K	5108	1.0	0.86	0.507	0.152

①从上表列出数据分析，该反应为__________反应(填：“吸热”或“放热”)。

②有关工业合成氨的研究成果，曾于1918年、1931年、2007年三次荣膺诺贝尔奖。下列关于关于合成氨反应描述的图像中，不正确的是_________(填：字母选项)。

③450℃时，测得某时刻氨气、氮气、氢气物质的量浓度分别为3mol/L、2mol/L、1mol/L时，该反应的v(正)____________v(逆)(填“>”、“=”或“<”)。

(2)近年，科学家又提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g)，则其反应热ΔH＝___________________。(已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H＝－92.4kJ·mol－1 2H2(g) +O2(g)2H2O(l) △H＝－571.6kJ·mol－1 )

(3)联氨(N2H4)、二氧化氮(NO2)可与KOH溶液构成碱性燃料电池，其电池反应原理为2N2H4 +2NO2 = 3N2+8H2O。则负极的电极反应式为__________________________。

(4)部分金属硫化物的溶度积常数(Ksp)如下表：

硫化物	CuS	ZnS	MnS	FeS
Ksp	6.3×10－36	2.9×10－25	2.5×10－13	6.3×10－18

由列表数据分析推知，向含有Cu2＋、Zn2＋、Mn2＋、Fe2＋的工业废水中加入MnS粉末的作用是_____________________________________。

(5)工业上从废铅蓄电池废液回收铅的过程中，常用纯碱溶液与处理后的铅膏(主要含PbSO4)发生反应：PbSO4(s)＋CO32－(aq)PbCO3(s)＋SO42－(aq)。已知溶度积常数：Ksp(PbSO4)=1.6×10-8,Ksp(PbCO3)=7.4×10-14,则该反应的化学平衡常数K =_______。

Answer 1

【答案】放热 C v(正)<v(逆) ΔH＝+ 1530kJ·mol－1 N2H4 －4e－+ 4OH- ＝ N2↑+ 4H2O 使工业废水中的Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋的离子转化为沉淀而除去 2.2×105或2.16×105

【解析】

(1)①平衡常数与温度的关系；

②图像与平衡移动方向的分析；

③通过浓度商判断平衡移动方向；

(2)利用盖斯定律求反应热；

(1)①从图表中看，温度升高，平衡常数减小，平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应；答案为放热反应；

②A．首先看趋势，随着温度的升高，正反应和逆反应速度均增大，再看正逆反应速率的大小，随着温度的时候，逆反应速率会大于正反应速率，说明升高温度，平衡逆向移动，反应为放热反应，符合事实，A项正确，不符合题意；

B．同一个反应不同的温度下，经过相同的时间测NH3的百分含量。开始时温度很低，化学反应速率慢，因此均向正反应方向进行，NH3的百分含量增大。随着温度的升高，在一段时间之后达到了化学平衡，体现了温度与平衡的关系。温度升高，平衡逆向移动，NH3的百分含量降低，符合反应事实；B项正确，不符合题意；

C．从500℃看到600℃，升高温度，NH3的百分含量升高，说明升高温度，正向移动，正反应是吸热反应，与事实不符，C项错误，符合题意；

D．从1×107Pa看到2×107Pa，压强增大，NH3的百分含量增大，正向移动，说明正反应方向是气体体积减小的方向，符合反应事实，D项正确，不符合题意；

综上选C；

③任意时刻均有浓度商，450℃的平衡常数K=0.152，Qc>K，平衡逆向移动，正反应速率小于逆反应速率，则有v(正)<v(逆)；

(2)利用盖斯定律求反应热，所求反应=反应①×2－反应②×3，△H=2△H1-3△H2=2×(－92.4)-3×(－571.6)kJ·mol－1=+1530 kJ·mol－1；

(3)原电池的负极，在反应中失去电子，化合价升高，反应中N2H4中的N元素的化合价从－2升高到0，在负极发生反应，电解质溶液为碱性。电极方程式为N2H4 －4e－+ 4OH- ＝ N2↑+ 4H2O；

(4)从表中可以看出MnS的Ksp最大，其他物质的Ksp比其小，其他物质更难溶。一个难溶的电解质可以转化物更难溶的电解质，加入MnS，其他杂质金属离子可以转化为硫化物，从而除去。答案是使工业废水中的Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋的离子转化为沉淀而除去；

(5) 写出该反应PbSO4(s)＋CO32－(aq)PbCO3(s)＋SO42－(aq)的平衡常数表达式有，有。