Question

【題目】運用化學反應原理研究氮、硫單質及其化合物性質是一個重要的課題。回答下列問題：

(1)恒容密閉容器中，工業固氮：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常數K值和溫度關系如表：

溫度/℃	25	200	300	400	450
K	5108	1.0	0.86	0.507	0.152

①從上表列出數據分析，該反應為__________反應(填：“吸熱”或“放熱”)。

②有關工業合成氨的研究成果，曾于1918年、1931年、2007年三次榮膺諾貝爾獎。下列關于關于合成氨反應描述的圖像中，不正確的是_________(填：字母選項)。

③450℃時，測得某時刻氨氣、氮氣、氫氣物質的量濃度分別為3mol/L、2mol/L、1mol/L時，該反應的v(正)____________v(逆)(填“>”、“=”或“<”)。

(2)近年，科學家又提出在常溫、常壓、催化劑等條件下合成氨氣的新思路，反應原理為：2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g)，則其反應熱ΔH＝___________________。(已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H＝－92.4kJ·mol－1 2H2(g) +O2(g)2H2O(l) △H＝－571.6kJ·mol－1 )

(3)聯氨(N2H4)、二氧化氮(NO2)可與KOH溶液構成堿性燃料電池，其電池反應原理為2N2H4 +2NO2 = 3N2+8H2O。則負極的電極反應式為__________________________。

(4)部分金屬硫化物的溶度積常數(Ksp)如下表：

硫化物	CuS	ZnS	MnS	FeS
Ksp	6.3×10－36	2.9×10－25	2.5×10－13	6.3×10－18

由列表數據分析推知，向含有Cu2＋、Zn2＋、Mn2＋、Fe2＋的工業廢水中加入MnS粉末的作用是_____________________________________。

(5)工業上從廢鉛蓄電池廢液回收鉛的過程中，常用純堿溶液與處理后的鉛膏(主要含PbSO4)發生反應：PbSO4(s)＋CO32－(aq)PbCO3(s)＋SO42－(aq)。已知溶度積常數：Ksp(PbSO4)=1.6×10-8,Ksp(PbCO3)=7.4×10-14,則該反應的化學平衡常數K =_______。

Answer 1

【答案】放熱 C v(正)<v(逆) ΔH＝+ 1530kJ·mol－1 N2H4 －4e－+ 4OH- ＝ N2↑+ 4H2O 使工業廢水中的Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋的離子轉化為沉淀而除去 2.2×105或2.16×105

【解析】

(1)①平衡常數與溫度的關系；

②圖像與平衡移動方向的分析；

③通過濃度商判斷平衡移動方向；

(2)利用蓋斯定律求反應熱；

(1)①從圖表中看，溫度升高，平衡常數減小，平衡逆向移動，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應；答案為放熱反應；

②A．首先看趨勢，隨著溫度的升高，正反應和逆反應速度均增大，再看正逆反應速率的大小，隨著溫度的時候，逆反應速率會大于正反應速率，說明升高溫度，平衡逆向移動，反應為放熱反應，符合事實，A項正確，不符合題意；

B．同一個反應不同的溫度下，經過相同的時間測NH3的百分含量。開始時溫度很低，化學反應速率慢，因此均向正反應方向進行，NH3的百分含量增大。隨著溫度的升高，在一段時間之后達到了化學平衡，體現了溫度與平衡的關系。溫度升高，平衡逆向移動，NH3的百分含量降低，符合反應事實；B項正確，不符合題意；

C．從500℃看到600℃，升高溫度，NH3的百分含量升高，說明升高溫度，正向移動，正反應是吸熱反應，與事實不符，C項錯誤，符合題意；

D．從1×107Pa看到2×107Pa，壓強增大，NH3的百分含量增大，正向移動，說明正反應方向是氣體體積減小的方向，符合反應事實，D項正確，不符合題意；

綜上選C；

③任意時刻均有濃度商，450℃的平衡常數K=0.152，Qc>K，平衡逆向移動，正反應速率小于逆反應速率，則有v(正)<v(逆)；

(2)利用蓋斯定律求反應熱，所求反應=反應①×2－反應②×3，△H=2△H1-3△H2=2×(－92.4)-3×(－571.6)kJ·mol－1=+1530 kJ·mol－1；

(3)原電池的負極，在反應中失去電子，化合價升高，反應中N2H4中的N元素的化合價從－2升高到0，在負極發生反應，電解質溶液為堿性。電極方程式為N2H4 －4e－+ 4OH- ＝ N2↑+ 4H2O；

(4)從表中可以看出MnS的Ksp最大，其他物質的Ksp比其小，其他物質更難溶。一個難溶的電解質可以轉化物更難溶的電解質，加入MnS，其他雜質金屬離子可以轉化為硫化物，從而除去。答案是使工業廢水中的Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋的離子轉化為沉淀而除去；

(5) 寫出該反應PbSO4(s)＋CO32－(aq)PbCO3(s)＋SO42－(aq)的平衡常數表達式有，有。