Question

4．请根据化学学科中的基本理论，回答下列问题：

（1）纳米级的Cu₂O可作为太阳光分解水的催化剂．火法还原CuO可制得Cu₂O．已知：1克C（s）燃烧全部生成CO时放出热量9.2kJ；Cu₂O（s）与O₂（g）反应的能量变化如图1所示；请写出用足量炭粉还原CuO（s）制备Cu₂O（s）的热化学方程式2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s）△H=+35.6kJ•mol^-1
（2）在加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂可制备纳米级Cu₂O，同时生成N₂和H₂O．该反应的化学方程式为4Cu（OH）₂+N₂H₄=2Cu₂O+N₂+6H₂O
（3）某兴趣小组同学以纳米级Cu₂O催化光解水蒸气并探究外界条件对化学平衡的影响．
①在体积均为1L，温度分别为T₁、T₂的A、B两密闭容器中都加入纳米级Cu₂O并通人0.1mol水蒸气，反应：2H₂O（g）?2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ•mol^-1经测定A、B两容器在反应过程中发生如图2所示变化，则A、B两容器反应的温度T₁＞T₂（填“＜”、“=”或“＞”），该过程中A容器至少需要吸收能量16.1kJ．
②当该反应处于平衡状态时，下列既能增大反应速率，又能增大H₂O（g）分解率的措施是（填序号）B．
A．向平衡混合物中充入Ar      B．升高反应的温度
C．增大反应体系的压强         D．向平衡混合物中充人O₂
（4）25℃时，H₂SO₃?HSO₃^-+H⁺的电离常数K_a=1×10^-2mol/L，则该温度下NaHSO₃的水解平衡常数K_h=1.0×10^-12mol/L．

Answer 1

分析 （1）分析图象结合热化学方程式和盖斯定律解答．
（2）液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂可制备纳米级Cu₂O，同时生成N₂和H₂O，根据原子守恒书写化学方程式，根据电子转移数目守恒计算；
（3）①依据化学方程式结合图象中t₁中氢气含量计算分析；
②既能增大反应速率，又能增大H2O（g）分解率的条件为升温，减压，依据平衡移动原理分析判断；
（4）Ka=$\frac{c（HS{{O}_{3}}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$，HSO₃^-+H₂O═H₂SO₃+OH^-，Kh=$\frac{c（{H}_{2}S{O}_{3}）Kw}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）c（{H}^{+}）}$=1.0×10²×1.0×10^-14=1.0×10^-12．

解答 解：（1）已知：1g C（s）燃烧全部生成CO时放出热量9.2kJ；24gC燃烧生成一氧化碳放热220.8KJ，热化学方程式为：2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-220.8kJ•mol^-1，依据图象书写热化学方程式2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-292kJ•mol^-1；
①2Cu₂O（s）+O₂（g）=4CuO（s）△H=-292kJ•mol^-1     
②2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-220.8kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②-①得4CuO（s）+2C（s）=2CO（g）+2Cu₂O（s），△H=+71kJ•mol^-1
即2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s），△H=+35.6kJ•mol^-1
故答案为：2CuO（s）+C（s）=CO（g）+Cu₂O（s）△H=+35.6kJ•mol^-1；
（2）用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu（OH）₂可制备纳米级Cu₂O，同时生成N₂和H₂O，反应的化学方程式为：4Cu（OH）₂+N₂H₄=2Cu₂O+N₂+6H₂O，
故答案为：4Cu（OH）₂+N₂H₄=2Cu₂O+N₂+6H₂O；
（3）①依据化学方程式计算；依据图象中氢气百分含量为50%，设反应的水的物质的量为x
2H₂O（g）$\frac{\underline{\;光照\;}}{Cu_{2}O}$2H₂（g）+O₂ △H=484kJ•mol^-1
2mol                              484kJ
x             x      0.5x         $\frac{484x}{2}$KJ
$\frac{x}{0.1mol-x+x+0.5x}$×100%=50%，
计算得到x=$\frac{1}{15}$mol；反应吸热=$\frac{\frac{1}{15}×484KJ}{2}$=16.1kJ；
水的分解率=$\frac{\frac{1}{15}}{0.1}$×100%=66.7%，和T₂温度下水的分解率为50%比较，反应是吸热反应，温度越高水的分解率越大；所以T₁＞T₂；
故答案为：＞；16.1；
②既能增大反应速率，又能增大H₂O（g）分解率的条件为升温，减压，依据平衡移动原理分析判断；
A．向平衡混合物中充入Ar，增大体系压强，平衡逆向进行，故A不符合；   
B．反应是吸热反应，升高反应的温度，反应速率增大，平衡正向进行，水的分解率增大，故B符合；
C．反应是气体体积增大的反应，增大反应体系的压强，平衡逆向进行，故C不符合；
D．向平衡混合物中充人O₂，平衡逆向进行，故D不符合；
故答案为：B；
（4）25℃时，H₂SO₃═HSO₃^-+H⁺的电离常数K_a=1×10^-2mol/L，Ka=$\frac{c（HS{{O}_{3}}^{-}）c（{H}^{+}）}{c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$，HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，Kh=$\frac{c（{H}_{2}S{O}_{3}）Kw}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）c（{H}^{+}）}$=1.0×10²×1.0×10^-14=1.0×10^-12，则该温度下NaHSO₃的水解平衡常数K_h=1.0×10^-12；
故答案为：1.0×10^-12．

点评 本题考查较为综合，为高考常见题型，侧重于学生的分析、计算能力的考查，题目涉及热化学方程式的书写方法和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素分析判断，水解常数与电离平衡常数的计算，注意平衡建立的条件分析应用，题目难度中等．