题目内容
【题目】氢气是一种高能燃料,也广范应用在工业合成中。
(1)标准摩尔生成焓是指在25℃和101kPa,最稳定的单质生成1 mol化合物的焓变。已知25℃和101kPa时下列反应:
①2C2H6(g)+7O2(g)=4CO2(g)+6H2O(l) △H=-3116kJ·mol-1
②C(石墨,s)+O2(g)=CO2(g) △H=-393.5 kJ·mol-1
③2H2(g)+02(g)=2H2O(l),△H=-571.6 kJ·mol-1
写出乙烷标准生成焓的热化学方程式:_____________。
(2)已知合成氨的反应为:N2+3H22NH3 △H <0。某温度下,若将1molN2和2.8molH2分别投入到初始体积为2L的恒温恒容、恒温恒压和恒容绝热的三个密闭容器中,测得反应过程中三个容器(用a、b、c表示)内N2的转化率随时间的变化如图所示,请回答下列问题:
①图中代表反应在恒容绝热容器中进行的曲线是______(用a、b、c表示)。
②曲线a条件下该反应的平衡常数K=__________________。
③b容器中M点,v(正)_____ v(逆)(填“大于”、“小于”.或“等于”)。
(3)利用氨气可以设计成高能环保燃料电池,用该电池电解含有NO2-的碱性工业废水,在阴极产生N2。阴极电极反应式为_____;标准状况下,当阴极收集到1l.2LN2时,理论上消耗NH3的体积为_______。
(4)氨水是制备铜氨溶液的常用试剂,通过以下反应及数据来探究配制铜氨溶液的最佳途径。
已知:Cu(OH)2(s)Cu2++2OH- Ksp=2.2×10-20
Cu2++4NH3·H2O[Cu(NH3)4]2+(深蓝色)+4H2O Kβ=7.24×1012
①请用数据说明利用该反应:Cu(OH)2(s)+4NH3·H2O[Cu(NH3)4]2++4H2O+2OH- 配制铜氨溶液是否可行:________________。
②已知反应Cu(OH)2(s)+2NH3·H2O+2NH4+[Cu(NH3)4]2++4H2O K=5.16×102。向盛有少量Cu(OH)2固体的试管中加入14 mol/L的氨水,得到悬浊液;此时若加入适量的硫酸铵固体,出现的现象为__________;解释出现该现象的原因是_____________________。
【答案】⑴2C(石墨)+ 3H2(g)=C2H6(g) △H=-86.4kJ/mol ⑵① c ②800 ③小于
⑶2NO2-+6e-+4H2O= N2+ 8OH- 22.4L
⑷①该反应的K=Ksp·Kβ=1.6×10-7<10-5所以反应很难进行 ②固体溶解,得到深蓝色溶液 溶液中存在平衡Cu(OH)2(s)+2NH3·H2O+2NH4+ [Cu(NH3)4]2++4H2O, 加入硫酸铵固体增大了铵根离子浓度,平衡正向移动
【解析】本题考查盖斯定律的应用,②×2+③×3/2-①/2得出:2C(石墨)+ 3H2(g)=C2H6(g) △H=-86.4kJ/mol;(2)①恒容绝热容器,正反应是放热反应,随着反应进行,温度升高,化学反应速率升高,先达到平衡,符合条件的曲线是c;② 此反应是气体物质的量减少的,恒温恒容是的反应速率小于恒温恒压,即b为恒温恒容时的曲线,a为恒温恒压时的曲线,化学平衡常数只受温度的影响,温度不变,化学平衡常数不变,
即N2+3H22NH3
起始(mol·L-1) 0.5 1.4 0
变化: 0.4 1.2 0.8
平衡: 0.1 0.2 0.8
根据化学平衡常数的定义,K=c2(NH3)/(NH3)/[c3(H2)×c(N2)]=800;③M点达到b曲线上,N2的转化率降低,说明反应向逆反应方向移动,即v(正)<v(逆);(3)根据电解的原理,阴极上得到电子,化合价降低,根据信息NO2-→N2,化合价由+3价→0价,NO2-在阴极上放电,因此阴极反应式为:2NO2-+4H2O+6e-=N2+8OH-,阳极上失去电子化合价升高,阴极上收集到11.2L的N2,消耗NO2-的物质的量11.2×2/22.4mol=1mol,NH3在阳极上失电子,根据得失电子守恒,n(NH3)×3=n(NO2-)×3,解得n(NH3)=1mol,合22.4L;(4)①根据平衡常数定义,K=c2(OH-)×c(Cu[NH3]4]2-)/c4(NH3·H2O)= c2(OH-)×c(Cu[NH3]4]2-)×c(Cu2+)/[c4(NH3·H2O) ×c(Cu2+)]=Ksp×Kβ=2.2×10-20×7.24×1012=1.6×10-7<10-5,此反应很难进行;②溶液中存在平衡Cu(OH)2(s)+2NH3·H2O+2NH4+ [Cu(NH3)4]2++4H2O, 加入硫酸铵固体增大了铵根离子浓度,平衡正向移动,现象是固体溶解,得到深蓝色溶液。
