Question

10．根据所学知识，完成下列问题：
（1）化学反应可视为旧键断裂和新键生成的过程．键能是形成（或拆开）1mol化学键时释放（或吸收）的能量．已知白磷和其燃烧产物P₄O₆的分子结构如图1所示，现提供以下键能（kJ•mol^-1）：P-P：198，P-O：360，O-O：498，白磷（P₄）燃烧的热化学方程式为P₄（s，白鳞）+3O₂（g）═P₄O₆（s）△H=-1638kJ•mol^-1．
（2）化学能与电能之间可以相互转化，以Fe，Cu，C（石墨），CuSO₄溶液、FeSO₄溶液，Fe₂（SO₄）₃溶液、AgNO₃溶液为原料，通过原电池反应实现2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．请你把图2补充完整，使之形成闭合电路，并用元素符号标明电极．电池中电解液时是CuSO₄溶液；乙池中电解液是Fe₂（SO₄）₃溶液．（要求：甲乙两池中电解质元素种类始终保持不变）
（3）某市对大气进行监测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5（直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物）其主要来源为燃煤、机动车尾气等．因此，对PM2.5、SO₂、NOx等进行研究具有重要意义．请回答下列问题：
①对PM2.5空气样本用蒸馏水处理，制成待测试样．若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	K+	Na+	NH4+	SO42-	NO3-	Cl-
浓度/mol•L-1	4×10-6	6×10-6	2×10-5	4×10-5	3×10-5	2×10-5

根据表中数据判断该试样的酸碱性为酸性，试样的pH值=4
②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=4×10^-6；汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是正反应为吸热反应，升高温度，反应速率加快，平衡右移．

Answer 1

分析 （1）反应热=反应物总键能-生成物总键能，注明物质的聚集状态，书写热化学方程式；
（2）Cu发生氧化反应，为原电池负极，Fe³⁺发生还原反应，在原电池正极反应，用石墨作正极材料，电子由负极经过导线流向正极，甲池发生氧化反应，应为CuSO₄溶液、乙中为Fe₂（SO₄）₃溶液；
（3）①根据电荷守恒判断溶液酸碱性，利用电荷守恒计算溶液中H⁺离子浓度，若为碱性，忽略氢离子，若为酸性，忽略氢氧根离子，再根据pH=-lgc（H⁺）计算；
②计算平衡时各组分物质的量，反应前后气体化学计量数不变，利用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$计算；
升高温度，反应速率加快，平衡右移，单位时间内NO排放量增大．

解答 解：（1）发生反应：P₄（s，白鳞）+3O₂（g）═P₄O₆（s），反应热△H=6×198kJ•mol^-1+3×498 kJ•mol^-1-12×360kJ•mol^-1=-1638kJ•mol^-1，反应热化学方程式为：P₄（s，白鳞）+3O₂（g）═P₄O₆（s）△H=-1638kJ•mol^-1，
故答案为：P₄（s，白鳞）+3O₂（g）═P₄O₆（s）△H=-1638kJ•mol^-1；
（2）Cu发生氧化反应，为原电池负极，Fe³⁺发生还原反应，在原电池正极反应，用石墨作正极材料，电子由负极经过导线流向正极，补充完整装置图为：，甲乙两池中电解质元素种类始终保持不变，甲池发生氧化反应，应为CuSO₄溶液、乙中为Fe₂（SO₄）₃溶液，
故答案为：；CuSO₄；Fe₂（SO₄）₃溶液；
（3）①由电荷守恒可知，c（K⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-）+2c（SO₄^2-）+c（NO₃^-），则c（H⁺）-c（OH^-）=（2×10^-5 +2×4×10^-5 +3×10^-5-4×10^-6-6×10^-6-2×10^-5 ）mol/L=10^-4mol/L，溶液呈酸性，溶液中H⁺离子浓度约是为10^-4，pH值=-lgc（H⁺）=4，
故答案为：酸性；4；
②N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
开始（mol）：0.8      0.2      0
转化（mol）：4×10^-4   4×10^-4  8×10^-4
平衡（mol）：0.8      0.2      8×10^-4
反应前后气体化学计量数不变，利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{0.8×0.2}$=4×10^-6；
正反应为吸热反应，升高温度，反应速率加快，平衡右移，单位时间内NO排放量增大，
故答案为：4×10^-6；正反应为吸热反应，升高温度，反应速率加快，平衡右移．

点评 本题考查热化学方程式书写、原电池、溶液酸碱性判断与pH计算、平衡常数计算、化学反应速率与化学平衡影响因素等，属于拼合型题目，需要学生具备扎实的基础，难度中等．