Question

17．T℃下，某2L容器内A、M、N三种物质参与的某一化学反应：2A（g）?M（g）+2N（g）

①其物质的量随反应时间的变化的曲线如图1，此反应0～5min反应物A的反应速率为0.2mol/（L•min）则该反应在T℃的化学平衡常数为0.5．
②若为了寻找该反应的最佳条件，在反应过程中持续不断地升高温度，所得的M的体积分数如图2，则该反应的△H＜0（填“＞”或“＜”）．
（2）氮的氢化物肼（N₂H₄）是航天火箭发射常用的燃料．
①发射火箭时肼（N₂H₄）为燃料，二氧化氮作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水．该反应的化学方程式为2N₂H₄+2NO₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$3N₂+4H₂O．
②工业上可采用电化学的方法获得N₂H₄，装置如图3所示，则通入氨气的一极为负极．该电极反应式为2NH₃-2e^-+2OH^-=N₂H₄+2H₂O．
③将标准状况下112mL CO₂通入100mL 0.1mo1/L的氨水中，所得溶液碱显碱性，则溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（NH₄⁺）＞c（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；该溶液中，c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-）+c（H₂CO₃）=0.05mol/L（忽略溶液体积的变化）

Answer 1

分析 （1）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算出0～5min反应物A的反应速率；平衡常数与温度有关，根据5min时的数据可以计算出该反应的平衡常数；
②根据图2可知，该可逆反应达到平衡状态后，升高温度M的含量减少，则说明平衡向着逆向移动，据此判断该反应的焓变；
（2）①反应物为肼和二氧化氮，反应产物为氮气和水，根据化合价变化相等配平该反应；
②负极发生氧化反应、正极发生还原反应，根据化合价变化判断通入氨气电极；氨气在碱性条件下失去电子生成肼，据此写出该电极反应式；
③计算出二氧化碳、一水合氨的物质的量，判断溶质组成，然后结合盐的水解原理判断各离子浓度大小；根据物料守恒可知：c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-）+c（H₂CO₃）=$\frac{0.005mol}{0.1L}$=0.05mol/L．

解答 解：（1）①根据图1可知，5min时A的物质的量变化为：4mol-2mol=2mol，则0～5min反应物A的反应速率为：v（A）=$\frac{\frac{2mol}{2L}}{5min}$=0.2mol/（L•min）； 平衡时M的浓度为：$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，A的浓度为：$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，根据反应2A（g）?M（g）+2N（g）可知，平衡时N的浓度为1mol/L，则该反应的平衡常数为：K=$\frac{0.5×1}{1}$=0.5，
故答案为：0.2mol/（L•min）； 0.5；
②从图2可知，升高温度后M的含量减少，说明化学平衡向着逆向移动，则逆向是吸热反应，所以正反应为放热反应，故△H＜0，
故答案为：＜；
（2）①发射火箭时肼（N₂H₄）为燃料，二氧化氮作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水，肼中N元素的化合价为-2价，反应后变为0价，化合价升高2价，至少升高4价；二氧化氮中氮元素的化合价为+4价，反应后变为0价，化合价降低4价，则肼和二氧化氮的计量数相等，再结合质量守恒定律配平后的化学方程式为：2N₂H₄+2NO₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$3N₂+4H₂O，
故答案为：2N₂H₄+2NO₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$3N₂+4H₂O；
②氨气转化成N₂H₄，化合价从-3变为-2，化合价升高被氧化，则通入氨气的一极为负极；负极氨气失去电子，在碱性条件下生成N₂H₄，负极的是电极反应式为：2NH₃-2e^-+2OH^-=N₂H₄+2H₂O，
故答案为：负极；2NH₃-2e^-+2OH^-=N₂H₄+2H₂O；
③标准状况下112mL CO₂的物质的量为：$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，100mL 0.1mo1/L的氨水中含有一水合氨的物质的量为0.01mol，二者恰好反应生成碳酸铵，溶液显示碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），说明碳酸根离子的水解程度大于铵根离子，由于氢氧根来自水的电离和碳酸根离子的水解，则c（OH^-）＞c（HCO₃^-）；由于水解程度减小，则c（NH₄⁺）＞c（CO₃^2-），溶液中离子浓度大小为：c（NH₄⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
根据溶液中的物料守恒可知：c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-）+c（H₂CO₃）=$\frac{0.005mol}{0.1L}$=0.05mol/L，
故答案为：c（NH₄⁺）＞c（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；0.05mol/L．

点评 本题考查了物质的量随时间变化的曲线，题目难度中等，涉及化学平衡及其计算、电解原理、原电池及应用、化学方程式的书写、离子浓度大小比较等知识，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．