Question

7．氮及氮的化合物在生产生活中有着重要的用途，NH₃、HNO₃等是重要化工产品．
（1）合成氨的原料气N₂和H₂通常是以焦炭、水和空气为原料来制取的．其主要反应是：①2C+O₂→2CO   ②C+H₂O（g）→CO+H₂   ③CO+H₂O（g）→CO₂+H₂
某次生产中将焦炭、H₂O（g）和空气（设空气中N₂和O₂的体积比为4：1，下同）混合反应，所得气体产物经分析，组成如下表：则表中x=44m³．

气体	CO	N2	CO2	H2	O2
体积（m3）（标准状况）	x	20	12	60	1.0

（2）汽车尾气会排放氮的氧化物污染环境．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，原因是温度升高，反应速率加快，平衡右移．
（3）SO₂和氮的氧化物都是空气中的有害气体，已知：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
则反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1．
（4）25℃时，电离平衡常数：

化学式	H2CO3	HClO	H2C4H4O6（酒石酸）
电离平衡常数	K1=4.3×10-7  K2=5.6×10-11	3.0×10-8	K1=9.1×10-4  K2=4.3×10-5

回答下列问题：
a．常温下，将0.1mol/L的次氯酸溶液与0.1mol/L的碳酸钠溶液等体积混合，所得溶液中各种离子浓度关系不正确的是AD
A．c（Na⁺）＞c（ClO^-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）
B．c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（ClO^-）＞c（H⁺）
C．c（Na⁺）═c（HClO）+c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）+c（CO₃^2-）
D．c（Na⁺）+c（H⁺）═c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）
E．c（HClO）+c（H⁺）+c（H₂CO₃）═c（OH^-）+c（CO₃^2-）
b．常温下，0.1mol/L的酒石酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合，所得溶液的pH为6，则c（HC₄H₄O₆^-）+2c（C₄H₄O₆^2-）=（0.05+10^-6-10^-8）mol/L．（列出计算式）

Answer 1

分析 （1）反应中氮气体积不变，N₂的体积为20m³，空气中N₂和O₂的体积比为4：1，故O₂的体积为5m³，故参加反应的O₂的体积为5m³-1.0m³=4m³，再根据方程式进行计算；
（2）计算出平衡时各种物质的物质的量，反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度代入平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$计算；
温度升高，化学反应速率加快，正反应吸热，升温平衡正向移动；
（3）已知①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
据盖斯定律，（①-②）÷2得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）；
（4）a．K_a1（H₂CO₃）＞K_a（HClO）＞K_a2（H₂CO₃），故相同浓度时，酸性：H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-，0.1mol/L的次氯酸溶液与0.1mol/L的碳酸钠溶液等体积混合得到等浓度的NaClO和NaHCO₃溶液．H₂CO₃K₁=4.3×10^-7，则Kh（HCO₃^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{4.3×1{0}^{-7}}$=2.1×10^-8＞5.6×10^-11，HCO₃^-的溶液呈碱性；
A．ClO^-水解程度大于HCO₃^-的水解程度；
B．ClO^-水解程度大于HCO₃^-的水解程度；
C．根据物料守恒，可知Na原子物质的量等于C原子、Cl原子物质的量之和；
D．根据电荷守恒判断；
E．根据质子守恒，溶液氢氧根离子源于水的电离、ClO^-、HCO₃^-的水解，而氢离子原与水的电离、HCO₃^-的电离；
b.0.1mol/L的酒石酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合，二者浓度相等，混合后c（Na⁺）=0.05mol/L，二者恰好反应生成NaHC₄H₄O₆，所得溶液的pH为6，溶液呈酸性，溶液中存在电荷守恒，根据电荷守恒得c（HC₄H₄O₆^-）+2c（C₄H₄O₆^2-）=c（Na⁺）+c（H⁺）-c（OH^-）．

解答 解：（1）N₂的体积为20m³，空气中N₂和O₂的体积比为4：1，故O₂的体积为5m³，故参加反应的O₂的体积为5-1.0m³=4m³，则：
2C+O₂→2 CO
  4m³   8m³
CO+H₂O（g）→CO₂+H₂
12m³        12m³ 12m³
反应③生成氢气的体积为12m³，消耗CO的体积为12m³，
故反应②C+H₂O（g）→CO+H₂生成氢气为60mL-12mol=48mol，
则所得气体产物中CO的体积为8m³+48m³-12m³=44m³，
故答案为：44；
（2）已知气缸中生成NO的反应为：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0．若气缸中进入1mol空气（1mol空气含有0.8mol N₂和0.2mol O₂），
1300℃时在密闭容器内反应达到平衡．测得NO为8×10^-4mol，则平衡时N₂为0.8mol-$\frac{1}{2}$×8×10^-4 mol，O₂为0.2mol-$\frac{1}{2}$×8×10^-4 mol，反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度计算平衡常数，则K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{（8×1{0}^{-4}）^{2}}{（0.8-4×1{0}^{-4}）×（0.2-1{0}^{-4}）}$≈4×10^-6；
温度升高，反应速率加快，平衡右移，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，
故答案为：4×10^-6；温度升高，反应速率加快，平衡右移；
（3）已知①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
据盖斯定律，（①-②）÷2得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1，
故答案为：-41.8；
（4）a．K_a1（H₂CO₃）＞K_a（HClO）＞K_a2（H₂CO₃），故相同浓度时，酸性：H₂CO₃＞HClO＞HCO₃^-，0.1mol/L的次氯酸溶液与0.1mol/L的碳酸钠溶液等体积混合得到等浓度的NaClO和NaHCO₃溶液．H₂CO₃K₁=4.3×10^-7，则Kh（HCO₃^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{4.3×1{0}^{-7}}$=2.1×10^-8＞5.6×10^-11，HCO₃^-的溶液呈碱性．
A．溶液中ClO^-、HCO₃^-均水解，溶液呈碱性，ClO^-水解程度大于HCO₃^-的水解程度，故c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（ClO^-）＞c（H⁺），故A错误；
B．溶液中ClO^-、HCO₃^-均水解，溶液呈碱性，ClO^-水解程度小于HCO₃^-的水解程度，c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（ClO^-）＞c（H⁺），故B正确；
C．根据物料守恒，可知Na原子物质的量等于C原子、Cl原子物质的量之和，故c（Na⁺）=c（HClO）+c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）+c（CO₃^2-），故C正确；
D．根据电荷守恒得c（Na⁺）+c（H⁺）=c（ClO^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-），故D错误；
E．根据质子守恒，溶液氢氧根离子源于水的电离、ClO^-、HCO₃^-的水解，而氢离子原与水的电离、HCO₃^-的电离，则c（HClO）+c（H⁺）+c（H₂CO₃）=c（OH^-）+c（CO₃^2-），故E正确；
故答案为：AD；
b.0.1mol/L的酒石酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合，二者浓度相等，混合后c（Na⁺）=0.05mol/L，二者恰好反应生成NaHC₄H₄O₆，所得溶液的pH为6，溶液呈酸性，溶液中存在电荷守恒，根据电荷守恒得c（HC₄H₄O₆^-）+2c（C₄H₄O₆^2-）=c（Na⁺）+c（H⁺）-c（OH^-）=0.05mol/L+10^-6mol/L-10^-8mol/L=（0.05+10^-6-10^-8）mol/L，
故答案为：（0.05+10^-6-10^-8）mol/L．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、弱电解质电离、离子浓度大小比较、反应热计算等，难度中等，（4）中有关离子浓度比较为易错点、难点．