Question

16．H₂、CO、CH₄是常见的能源，也是重要的化工原料．
（1）以H₂为原料制取氨气进而合成CO（NH₂）₂的反应如下：
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.40kJ•mol^-1
2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-86.98kJ•mol^-1
则N₂（g）、H₂（g）与CO₂（g）反应生成CO（NH₂）₂（s）和H₂O（l）的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38KJ/mol．
（2）使用石油热裂解的副产物CH₄，来制取CO和H₂，其反应为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=a kJ•mol^-1．H₂的平衡浓度与温度关系如图1所示．

①T₁＞（填“”或“”）T₁=a＞0．
②T₁时平衡常数K₁＞T₂时平衡常数K₂
（3）如图2甲是一种新型燃料电池，它以CO为燃料，一定比例的LiCO₃和NaCO₃熔融混合物为电解质，图2乙是粗铜精炼的装置图，现以燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验．
A极的电极反应式为CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂，B极应与D（填“C”或“D”）极相连．
（4）CO₂的水溶液H₂CO₃是一种二元弱酸，如图3是某水溶液的pH从0至14的范围内，H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-三种成分平衡时的组成百分率 （$\frac{某成分的物质的量}{各成分物质的量之和}$）．向0.1mol•L^-1的氢氧化钠溶液中通入CO₂至pH=10，此时溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.40kJ•mol^-1 ①
2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-86.98kJ•mol^-1 ②
将①+②可得：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l），据盖斯定律来计算反应的焓变并书写热化学方程式；
（2）①温度越高，反应速率快，得出T₁＞T₂，根据图示：温度越高，氢气的浓度越大，根据温度对化学平衡移动的影响知识来回答判断；
②对于吸热反应，温度高，K越大；
（3）原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应，所以通入氧气的一极为正极，通入CO的一极为负极；B为正极，粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源的正极相连；
（4）根据二氧化碳和氢氧化钠反应原理结合图象可知，PH=10时，溶液中主要存在Na⁺、HCO₃^-、CO₃^2-、H⁺、OH^-，根据图象分析浓度大小．

解答 解：（1）已知：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.40kJ•mol^-1 ①
             2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-86.98kJ•mol^-1 ②
将①+②可得：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=（-92.4KJ/mol）+（-86.98KJ/mol）=-179.38KJ/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38KJ/mol．
（2）①H₂的平衡浓度与温度关系：温度越高，反应速率快，所以T₁＞T₂，温度越高，氢气的浓度越大，所以反应式吸热的，即a＞0，故答案为：＞；＞；
②对于吸热反应，温度高，K越大，T₁＞T₂，所以T₁时平衡常数K₁＞T₂时平衡常数K₂，故答案为：＞；
（3）CO具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO₂，所以A极的电极反应式为：CO-2e^-+CO₃^2-═2CO₂，因A为负极，B为正极，粗铜精炼时，粗铜D作阳极，与电源的正极B相连，故答案为：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；D；
（4）向0.1mol•L^-1的氢氧化钠溶液中通入CO₂，可发生：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O，NaOH+CO₂═NaHCO₃；pH=10时，溶液中主要存在Na⁺、HCO₃^-、CO₃^2-、H⁺、OH^-，由图象可以看出，c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），因该溶液呈碱性，所以c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评 本题考查反应热的计算、原电池和电解池原理、电离平衡及学生的识图和应用的能力，注意盖斯定律的理解与应用，明确图象中pH与离子的浓度关系是解答本题的关键，题目难度中等．