Question

8．氮及其化合物在生产生活中有着重要作用．
（1）在固定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）；△H＜0，其平衡常数K与温度T的关系如表：

T/K	298	398	498
平衡常数K	4.1×106	K1	K2

①试判断K₂K₁＜（填写“＞”“=”或“＜”）②在298K时，下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是c（填字母）
a．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1：3：2b．v（N₂）=3v（H₂）c．容器内压强保持不变d．混合气体的密度保持不变
（2）化合物N₂H₄做火箭发动机的燃料时，与氧化剂N₂O₄反应生成N2和水蒸气．某同学设计了一个N₂H₄--空气碱性燃料电池，并用该电池电解100mL-定浓度NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如图所示．
①该燃料电池的负极反应式为；N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O，②理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为0.2mol/L．③在t₂时所得溶液的pH为0.7．（假设溶液体积不变，保留一位小数，lg2=0.3）

Answer 1

分析 （1）①根据升高温度平衡吸热方向移动以及平衡逆向移动平衡常数减小；
②直接标志：①速率关系：正反应速率与逆反应速率相等，②反应体系中各物质的百分含量保持不变．
间接标志：①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变（m+n≠p+q）；②各物质的浓度、物质的量不随时间的改变而改变；③各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变；
（2）电池通入肼N₂H₄的为负极，乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl^-在阳极放电生成氯气，阴极Cu²⁺放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，依据生成的迁移体积计算物质的量得到氯化钠物质的量计算浓度，阴极2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂点后电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 阳极上生成氧气，根据氧气的量计算氢氧根离子的物质的量，水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子，根据公式计算得出C（H⁺），从而得出溶液的pH．

解答 解：（1）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，所以K₂＜K₁，
故答案为：＜；
③a．平衡时反应混合物中各组分的含量保持不变，但容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比不一定为为1：3：2，所以不能作为平衡的标志，故a错误；
b．平衡时不同物质表示速率之比等于系数之比说明到达平衡，即3v（N₂）_正=v（H₂）_逆说明反应达到平衡，故b错误；
c．反应前后气体体积减小，若压强不变，说明反应达到平衡，故c正确；
d．反应前后气体的质量不变，容器的体积不变，所以密度不变，所以混合气体的密度保持不变不能作为平衡的标志，故d错误；
故答案为：c；
（2）①肼燃料电池中，在碱性条件下，N₂H₄失电子生成氮气与水，电极反应式为：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O，
故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O；
②乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl^-在阳极放电生成氯气，阴极Cu²⁺放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，生成氯气为224mL，由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=2n（Cl₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol，所以c（NaCl）=$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L；
故答案为：0.2mol/L；
③t₂点后电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 阳极上生成氧气，t₁～t₂Ⅱ产生的气体体积=0.336L-0.224L=0.112L，阳极上生成112mL氧气需要n（OH^-）=$\frac{0.112L×4}{22.4L/mol}$=0.02mol，水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子，所以n（H⁺）=0.02mol，c（H⁺）=$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L，所以溶液的pH=1-lg2=0.7，
故答案为：0.7．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡的有关计算、电解池原理等知识点，题目难度中等，注意电解硫酸铜和氯化钠混合溶液时，明确离子的放电顺序是解本题的关键，试题培养了学生的分析能力及灵活应用能力．