Question

10．氮族元素包括氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）：
（1）氮是地球上含量丰富的一种元素，工业上用N₂和H₂合成NH₃．
①已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1
N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
则4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H=-1170.4kJ•mol^-1．
②现将1mol N₂（g）、3mol H₂（g）充入一容积为2L的密闭容器中，在500℃下进行反应，10min时达到平衡，下列说法中正确的是C．

A．图1甲为用H₂表示的反应速率变化曲线
B．图1乙表示反应过程中，混合气体平均相对分子质量为M，混合气体密度为d，混合气体压强为p的变化情况
C．图1丙的两个容器中分别发生反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）、2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）．达到化学平衡时，相同组分的浓度相等且两个反应的平衡常数互为倒数
（2）反应PCl₅（g）?PCl₃（g）+Cl₂（g）△H＞0，在2L密闭容器中放人1molPCl₅，保持一段时间后达到平衡．反应过程中测定的部分数据见下表：

t/s	0	50	150	250	350
n（PCl3）mol	0	0.16	0.19	0.20	0.20

①若改变温度使v（逆）增大，平衡正向移动（填“正向”、“逆向”或“不”）；
②该温度下，该反应的平衡常数为0.025．
（3）①推断As元素在周期表中的位置是第四周期VA族．
②已知某砷酸盐可发生如下反应：AsO₄^3-+2I^-+2H⁺?AsO₃^3-+I₂+H₂O．某化学兴趣小组利用该反应原理设计如图2所示装置：C₁、C₂是石墨电极，A中盛有KI和I₂混合溶液，B中盛有Na₃AsO₄和Na₃AsO₃的混合溶液，当连接开关K后，A中溶液颜色逐渐变深，灵敏电流计G的指针向右偏转．此时C₂上发生的电极反应式是AsO₄^2-+2H⁺+2e^-=AsO₃^2-+H₂O；一段时间后，当电流计指针回到中间“0”位时，再向B中滴加过量浓NaOH溶液，可观察到电流计指针向左偏（填“不动”、“向左偏”或“向右偏”）．

Answer 1

分析 （1）①已知：Ⅰ．N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1
Ⅱ．N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1
Ⅲ．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅲ×6+Ⅱ×2-Ⅰ×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l），反应热也进行相应计算；
②A．用H₂表示的反应速率为一段时间内平均速率，不是即时速率；
B．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体密度为定值，随反应进行混合气体总物质的量减小，则平均相对分子质量减小，至平衡时不再变化，压强也随反应进行减小，至平衡时不再变化；
C．丙的两个容器中温度均相同，分别发生反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）、2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g），两个反应的平衡常数互为倒数，且为完全等效平衡，平衡时相同组分的浓度相等；
（2）①正反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应移动；
②250s处于平衡状态，计算平衡时各组分浓度，代入平衡常数表达式K=$\frac{c（PC{l}_{3}）×c（C{l}_{2}）}{c（PC{l}_{5}）}$计算；
（3）①As处于第三周期VA族；
②B中滴加浓盐酸时发生AsO₄^3-+2I^-+2H⁺?AsO₃^3-+I₂+H₂O，A中C₁棒为负极，发生2I^--2e^-=I₂，C₂为正极发生还原反应，电极反应为AsO₄^2-+2H⁺+2e^-=AsO₃^2-+H₂O，灵敏电流计G的指针向右偏转，说明指针偏向电流流入方向，向B中滴加过量浓NaOH溶液，发生AsO₃^3-+I₂+2OH^-?AsO₄^3-+2I^-+H₂O，C₂棒为负极，电子由负极流向正极，导线中电流由左向右．

解答 解：（1）①已知：Ⅰ．N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1
Ⅱ．N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ•mol^-1
Ⅲ．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅲ×6+Ⅱ×2-Ⅰ×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l），△H=
6×（-285.8kJ•mol^-1）+2×180kJ•mol^-1-2×（-92.2kJ•mol^-1）=-1170.4kJ•mol^-1，
故答案为：-1170.4kJ•mol^-1；
②A．用H₂表示的反应速率为一段时间内平均速率，不是即时速率，而图甲中为即时速率，故A错误；
B．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体密度为定值，随反应进行混合气体总物质的量减小，则平均相对分子质量减小，至平衡时不再变化，压强也随反应进行减小，至平衡时不再变化，故B错误；
C．丙的两个容器中温度均相同，分别发生反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）、2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g），两个反应的平衡常数互为倒数，且为完全等效平衡，平衡时相同组分的浓度相等，故C正确，
故选：C；
（2）①正反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应移动，故答案为：正向；
②250s处于平衡状态，平衡时PCl₃为0.2mol，则：
           PCl₅（g）?PCl₃（g）+Cl₂（g）
起始量（mol）：1        0          0
变化量（mol）：0.2      0.2        0.2
平衡量（mol）：0.8      0.2        0.2
平衡常数K=$\frac{c（PC{l}_{3}）×c（C{l}_{2}）}{c（PC{l}_{5}）}$=$\frac{\frac{0.2}{2}×\frac{0.2}{2}}{\frac{0.8}{2}}$=0.025，
故答案为：0.025；
（3）①As处于第四周期VA族，故答案为：第四周期VA族；
②B中滴加浓盐酸时发生AsO₄^3-+2I^-+2H⁺?AsO₃^3-+I₂+H₂O，A中C₁棒为负极，发生2I^--2e^-=I₂，C₂为正极发生还原反应，电极反应为：AsO₄^2-+2H⁺+2e^-=AsO₃^2-+H₂O，灵敏电流计G的指针向右偏转，说明指针偏向电流流入方向，向B中滴加过量浓NaOH溶液，发生AsO₃^3-+I₂+2OH^-?AsO₄^3-+2I^-+H₂O，C₂棒为负极，电子由负极流向正极，导线中电流由左向右，可观察到电流计指针向左偏，
故答案为：AsO₄^2-+2H⁺+2e^-=AsO₃^2-+H₂O；向左偏．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应热计算、原电池等，（3）中注意根据平衡移动原理分析发生的反应，难度中等．