Question

研究化學反應對人類社會的發(fā)展進步有重要意義．

（1）已知：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H₁=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂=-523.6kJ/mol
H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
根據(jù)最新“人工固氮”的研究報道，在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發(fā)生反應生成氨氣，試寫出此反應的熱化學方程式______．
（2）現(xiàn)有反應：Cu+H₂SO₄═CuSO₄+H₂，欲通過如圖1所示裝置實現(xiàn)上述反應，請選擇合適的裝置在括
號內標出電極材料（填“Cu”或“C”），并且寫出C電極上的電極反應式______．
（3）長期使用的鍋爐需要定期除水垢，否則會降低燃料的利用率．水垢中含有的CaSO₄，可先用Na₂CO₃溶液處理，使之轉化為疏松、易溶于酸的CaCO₃，而后用酸除去．則CaSO₄ 轉化為CaCO₃的離子方程式為______．
（4）科學研究發(fā)現(xiàn)納米級Cu₂O的可作為太陽光分解水的催化劑．一定溫度下，在2L密閉容器中加入納米級Cu₂O并通入0.10mol水蒸氣，發(fā)生反應：2H₂O（g）2H₂（g）+O₂（g）△H＞0，不同時段產生O₂的量見下表：

時間/min	20	40	60	80
n（O2）/mol	0.0010	0.0016	0.0020	0.0020

則：
①該條件下上述反應的化學平衡常數(shù)K=______；
②若達到平衡后在t₁時刻保持溫度不變，將容器的體積縮小，請在圖2中畫出正、逆反應速率隨時間變化的關系圖．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來計算化學反應的焓變；
（2）Cu和H₂SO₄之間的反應是非自發(fā)的，需要電解池實現(xiàn)，根據(jù)電解池的構成條件來回答；
（3）沉淀向著更難溶的方向轉化；
（4）①根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式的寫法來回答；
②保持溫度不變，將容器的體積縮小，則壓強增大，正逆反應速率均增大，平衡向著氣體體積減小的方向進行．
解答：解（1）已知：①N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H₁=-92.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂=-523.6kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
則反應2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）等于①×2-3×②-6×③，所以△H=2△H₁-3△H₂-6△H₃=-1650 kJ/mol，
故答案為：2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=-1650 kJ/mol；
（2）Cu和H₂SO₄之間的反應是非自發(fā)的，需要電解池實現(xiàn)，金屬銅作陽極，陰極是導體即可，電解質為硫酸，即：，
C電極為陰極，反應為：2H⁺+2e^-→H₂↑，故答案為：；2H⁺+2e^-→H₂↑；
（3）沉淀向著更難溶的方向轉化，CaSO₄和碳酸鈉反應轉化為CaCO₃的離子方程式為：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），
故答案為：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）；
（4）①解：根據(jù)表中數(shù)據(jù)，可以看出反應在60min時達到平衡，則
            2H₂O（g）2H₂（g）+O₂（g）
初始濃度：0.05          0        0
變化濃度：0.002       0.002     0.001
平衡濃度：0.048        0.002    0.001
則平衡常數(shù)K==1.7×10^-6mol/L，由圖可知H₂的濃度隨時間降低，改變條件瞬間H₂濃度不變，所以不保持溫度不變，將容器的體積縮小，
則壓強增大，正逆反應速率均增大，平衡向著氣體體積減小的方向進行，即向左進行，所以逆反應速率還是大于正反應速率，即，
故答案為：1.7×10^-6mol/L；．
點評：本題考查學生化學平衡常數(shù)的含義以及化學反應速率和化學平衡的影響因素知識，是一道綜合題，難度較大．