Question

9．氢是一种重要的非金属元素．氢的单质及其化合物在科学研究和工业生产中有着广泛而重要的作用．
（1）NaH是一种生氢剂，能与水反应放出H₂．NaH的电子式为，NaH与H₂O反应的化学方程式为NaH+H₂O═NaOH+H₂↑．
（2）N₂、O₂和H₂相互之间可以发生化合反应，已知反应的热化学方程式如下：
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+80.5kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
则4NH_3（g）+5O_2（g）=4NO_（g）+6H₂O_（g）△H=-1105kJ/mol．
（3）在一定条件下，用H₂将二氧化碳转化为甲烷的反应如下：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
①该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{4}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{4}（{H}_{2}）}$．
②向一容积为2L的恒容密闭容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的物质的量分别为CO₂ 0.4mol，H₂ 1.6mol，CH₄ 1.6mol，H₂O 3.2mol．则CO₂的平衡转化率为80%．若在200℃时该反应的平衡常数K=64.8，则该反应的△H＜0（填“＞’’或“＜”）．
（4）某研究小组以H₂与CaCl₂制备某种钙的化合物．已知反应只生成甲、乙两种化合物．对产物分析发现：化合物甲的组成中钙、氯元素的质量分数分别为52.29%、46.41%，化合物乙的水溶液显酸性．请回答下列问题：（相对原子质量Ca：40，Cl：35.5，H：1）
①甲的化学式为CaHCl．
②乙的浓溶液与酸性高锰酸钾反应可得Cl₂，其反应的离子方程式为2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺═2Mn²⁺+5Cl₂+8H₂O．

Answer 1

分析 （1）NaH是钠离子和氢阴离子构成的离子化合物，据此书写电子式，NaH与H₂O反应是氢元素间发生的归中反应生成氢气；
（2）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+80.5kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
③N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
根据盖斯定律，②×3+①×2-③×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）；
（3）①平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
②依据化学平衡三段式列式计算，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，计算此温度时的平衡常数，和在200℃时该反应的平衡常数K=64.8比较判断平衡进行的方向得到反应的能量变化；
（4）①化合物甲的组成中钙、氯元素的质量分数分别为52.29%、46.41%，还有一种元素，根据反应中元素守恒知，另一种元素为氢元素，则其钙原子、氯原子和氢原子个数之比=$\frac{52.29%}{40}$：$\frac{46.41%}{35.5}$：$\frac{1-52.29%-46.41%}{1}$=1：1：1，甲的化学式为CaHCl；
②化合物乙的水溶液显酸性，则为氯化氢，在高锰酸钾溶液中被氧化为氯气，高锰酸钾被还原为锰离子，结合电荷守恒、原子守恒配平书写离子方程式．

解答 解：（1）NaH是钠离子和氢阴离子构成的离子化合物，据此书写电子式为：，NaH与H₂O反应是氢元素间发生的归中反应生成氢气，反应的化学方程式为：NaH+H₂O═NaOH+H₂↑，
故答案为：；NaH+H₂O═NaOH+H₂↑；
（2）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+80.5kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
③N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
根据盖斯定律，②×3+①×2-③×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-1105kJ/mol，
故答案为：-1105kJ/mol；
（3）①CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{4}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{4}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{4}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{4}（{H}_{2}）}$；
②向一容积为2L的恒容密闭容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的物质的量分别为CO₂ 0.4mol，H₂ 1.6mol，CH₄ 1.6mol，H₂O 3.2mol．依据化学三行计算得到：
              CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L） 1        4        0       0
变化量（mol/L）0.8      3.2       0.8      1.6
平衡量（mol/L） 0.2     0.8       0.8      1.6
则CO₂的平衡转化率=$\frac{0.8mol/L}{1mol/L}$×100%=80%
在300℃时平衡常数K=$\frac{1．{6}^{2}×0.8}{0.2×0．{8}^{4}}$=25
若在200℃时该反应的平衡常数K=64.8＞25，则升温平衡常数减小，说明平衡正反应为放热反应，则该反应的△H＜0，
故答案为：80%，＜；
（4）①化合物甲的组成中钙、氯元素的质量分数分别为52.29%、46.41%，还有一种元素，根据反应中元素守恒知，另一种元素为氢元素，则其钙原子、氯原子和氢原子个数之比=$\frac{52.29%}{40}$：$\frac{46.41%}{35.5}$：$\frac{1-52.29%-46.41%}{1}$=1：1：1，甲的化学式为CaHCl，化合物乙的水溶液显酸性，则为氯化氢，
故答案为：CaHCl；   
②化合物乙的水溶液显酸性，则为氯化氢，与酸性高锰酸钾反应可得Cl₂，反应的离子方程式为：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺═2Mn²⁺+5Cl₂+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺═2Mn²⁺+5Cl₂+8H₂O．

点评 本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律计算应用、化学平衡常数计算、物质间的反应和性质、物质组成的计算判断等，明确物质的性质是解本题关键，性质决定用途，注意甲不仅含有氯元素、钙元素还有氢元素，为易错点，题目难度中等