题目内容

20.(1)M由两种短周期元素组成,每个M分子含有18个电子,其分子球棍模型如图所示.测得M的摩尔质量为32g/mol.画出编号为2的原子结构示意图:
(2)已知1.0mol•L-1NaHSO3溶液的pH为3.5,加入氯水,振荡后溶液pH迅速降低.溶液pH降低的原因是HSO3-+Cl2+H2O=3H++SO42-+2Cl-(用离子方程式表示).
(3)在常温常压和光照条件下,N2在催化剂(TiO2)表面与H2O反应,生成1molNH3和O2时的能量变化值为382.5kJ,达到平衡后此反应NH3生成量与温度的实验数据如下表.则该反应的热化学方程式为$\frac{1}{2}$N2(g)+$\frac{3}{2}$H2O(l)?NH3(g)+$\frac{3}{4}$O2(g)△H=+382.5kJ/mol(或2N2(g)+6H2O(l)?4NH3(g)+3O2(g)△H=+1530.0kJ/mol).
T/K303313323
NH3生成量/(10-1mol)4.35.96.0
(4)在溶液中,一定浓度的NH4+能溶解部分Mg(OH)2固体,反应如下:
2NH4+(aq)+Mg(OH)2(s)?Mg2+(aq)+2NH3•H2O(aq)
写出上述反应的平衡常数表达式K=$\frac{c(M{g}^{2+})•{c}^{2}(N{H}_{3}•{H}_{2}O)}{{c}^{2}(N{{H}_{4}}^{+})}$
某研究性学习小组为探究Mg2+与NH3•H2O反应形成沉淀的情况,设计如下两组实验
实验①等体积1mol/L氨水和0.1mol/L MgCl2溶液混合生成白色沉淀
实验②等体积0.1mol/L氨水和1mol/L MgCl2溶液混合无现象
请分析实验①、②产生不同现象的原因:从平衡表达式可以看出,当c(NH3•H2O)、c(Mg2+)改变相同的程度,c2(NH3•H2O)对沉淀生成的影响更大[或①中c(Mg2+)•c2(OH-)≥Ksp[Mg(OH)2],而②中c(Mg2+)•c2(OH-)<Ksp[Mg(OH)2].
(5)在室温下,化学反应I-(aq)+ClO-(aq)=IO-(aq)+Cl-(aq)的反应物初始浓度、溶液中的氢氧根离子初始浓度及初始速率间的关系如下表所示:
实验编号I-的初始浓度
(mol•L-1
ClO-的初始浓度
(mol•L-1
OH-的初始浓度
(mol•L-1
初始速率v
(mol•L-1•s-1
12×10-31.5×10-31.001.8×10-4
2a1.5×10-31.003.6×10-4
32×10-33×10-32.001.8×10-4
44×10-33×10-31.007.2×10-4
已知表中初始反应速率与有关离子浓度关系可以表示为v=k[I-]1[ClO-]b[OH-]c(温度一定时,k为常数).
①设计实验2和实验4的目的是探究ClO-对反应速率的影响;
②若实验编号4的其它浓度不变,仅将溶液的酸碱值变更为pH=13,反应的初始速率v=7.2×10-4

分析 (1)M分子中含有4个“1”原子和2个“2”原子,且M由两种短周期元素组成、每个M分子含有18个电子,则“1”只能为H原子、2为N原子;
(2)亚硫酸盐与氯水发生氧化还原反应生成硫酸,据此写出反应的离子方程式;
(3)根据表中数据可知,升高温度,平衡右移,说明正反应是吸热反应,根据原子守恒写出该热化学方程式;
(4)根据反应方程式可知该反应的平衡常数K=$\frac{c(M{g}^{2+})•{c}^{2}(N{H}_{3}•{H}_{2}O)}{{c}^{2}(N{{H}_{4}}^{+})}$;从平衡表达式可以看出,当c(NH3•H2O)、c(Mg2+)改变相同的程度,c2(NH3•H2O)对沉淀生成的影响更大[或①中c(Mg2+)c2(OH-)≥Ksp[Mg(OH)2],而②中c(Mg2+)•c2(OH-)<Ksp[Mg(OH)2];
(5)①根据控制变量设计对比实验原则,实验2和4的目的是探究ClO-的浓度对反应速率的影响;
②由实验1和3可知,OH-的浓度对速率无影响,则实验4中溶液的pH变更为pH=13后的反应速率不变.

解答 解:(1)根据题意推断,M分子中含有4个“1”原子和2个“2”原子,且M由两种短周期元素组成、每个M分子含有18个电子,则“1”只能为H原子、2为N原子,所以M为N2H4,氮原子的核电荷数为+7,其原子结构示意图为:
故答案为:
(2)亚硫酸盐与氯水发生氧化还原反应生成强酸,反应的离子方程式为:HSO3-+Cl2+H2O=3H++SO42-+2Cl-
故答案为:HSO3-+Cl2+H2O=3H++SO42-+2Cl-
(3)根据表中数据可知,升高温度,平衡右移,说明正反应是吸热反应,根据原子守恒可知:$\frac{1}{2}$N2(g)+$\frac{3}{2}$H2O(l)?NH3(g)+$\frac{3}{4}$O2(g)△H=+382.5kJ/mol,或2N2(g)+6H2O(l)?4NH3(g)+3O2(g)△H=+1530.0kJ/mol,
故答案为:$\frac{1}{2}$N2(g)+$\frac{3}{2}$H2O(l)?NH3(g)+$\frac{3}{4}$O2(g)△H=+382.5kJ/mol(或2N2(g)+6H2O(l)?4NH3(g)+3O2(g)△H=+1530.0kJ/mol);
(4)固体物质不能写进平衡常数表达式,则该反应的平衡常数:K=$\frac{c(M{g}^{2+})•{c}^{2}(N{H}_{3}•{H}_{2}O)}{{c}^{2}(N{{H}_{4}}^{+})}$;
根据平衡表达式可以看出,当c(NH3•H2O)、c(Mg2+)改变相同的程度,c2(NH3•H2O)对沉淀生成的影响更大[或①中c(Mg2+)c2(OH-)≥Ksp[Mg(OH)2],而②中c(Mg2+)•c2(OH-)<Ksp[Mg(OH)2],所以实验①、②产生的现象不同,
故答案为:K=$\frac{c(M{g}^{2+})•{c}^{2}(N{H}_{3}•{H}_{2}O)}{{c}^{2}(N{{H}_{4}}^{+})}$;从平衡表达式可以看出,当c(NH3•H2O)、c(Mg2+)改变相同的程度,c2(NH3•H2O)对沉淀生成的影响更大[或①中c(Mg2+)•c2(OH-)≥Ksp[Mg(OH)2],而②中c(Mg2+)•c2(OH-)<Ksp[Mg(OH)2];
(5)①根据控制变量设计对比实验原则,实验1和2的目的是探究I-的浓度对反应速率的影响,实验2和4的目的是探究ClO-的浓度对反应速率的影响,
故答案为:探究ClO-对反应速率的影响;
②由实验1和3可知,OH-的浓度对速率无影响,则实验4中溶液的pH变更为pH=13后的反应速率与实验4相等,仍然为:v=7.2×10-4,故答案为:7.2×10-4

点评 本题考查较为综合,涉及物质结构、氧化还原反应、离子方程式、热化学方程式的书写、化学平衡常数的表达式及应用、沉淀的生成、化学反应速率及其影响因素、探究实验方案设计等知识,试题知识点较多、综合性较强,充分考查学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力.

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