Question

16．H₂、CO、CH₄是常見的能源，也是重要的化工原料．
（1）以H₂為原料制取氨氣進(jìn)而合成CO（NH₂）₂的反應(yīng)如下：
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.40kJ•mol^-1
2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-86.98kJ•mol^-1
則N₂（g）、H₂（g）與CO₂（g）反應(yīng)生成CO（NH₂）₂（s）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38KJ/mol．
（2）使用石油熱裂解的副產(chǎn)物CH₄，來制取CO和H₂，其反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=a kJ•mol^-1．H₂的平衡濃度與溫度關(guān)系如圖1所示．

①T₁＞（填“”或“”）T₁=a＞0．
②T₁時(shí)平衡常數(shù)K₁＞T₂時(shí)平衡常數(shù)K₂
（3）如圖2甲是一種新型燃料電池，它以CO為燃料，一定比例的LiCO₃和NaCO₃熔融混合物為電解質(zhì)，圖2乙是粗銅精煉的裝置圖，現(xiàn)以燃料電池為電源進(jìn)行粗銅的精煉實(shí)驗(yàn)．
A極的電極反應(yīng)式為CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂，B極應(yīng)與D（填“C”或“D”）極相連．
（4）CO₂的水溶液H₂CO₃是一種二元弱酸，如圖3是某水溶液的pH從0至14的范圍內(nèi)，H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-三種成分平衡時(shí)的組成百分率 （$\frac{某成分的物質(zhì)的量}{各成分物質(zhì)的量之和}$）．向0.1mol•L^-1的氫氧化鈉溶液中通入CO₂至pH=10，此時(shí)溶液中各離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（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
將①+②可得：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l），據(jù)蓋斯定律來計(jì)算反應(yīng)的焓變并書寫熱化學(xué)方程式；
（2）①溫度越高，反應(yīng)速率快，得出T₁＞T₂，根據(jù)圖示：溫度越高，氫氣的濃度越大，根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來回答判斷；
②對(duì)于吸熱反應(yīng)，溫度高，K越大；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，所以通入氧氣的一極為正極，通入CO的一極為負(fù)極；B為正極，粗銅精煉時(shí)，粗銅作陽(yáng)極，與電源的正極相連；
（4）根據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)原理結(jié)合圖象可知，PH=10時(shí)，溶液中主要存在Na⁺、HCO₃^-、CO₃^2-、H⁺、OH^-，根據(jù)圖象分析濃度大�。�

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
將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，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38KJ/mol．
（2）①H₂的平衡濃度與溫度關(guān)系：溫度越高，反應(yīng)速率快，所以T₁＞T₂，溫度越高，氫氣的濃度越大，所以反應(yīng)式吸熱的，即a＞0，故答案為：＞；＞；
②對(duì)于吸熱反應(yīng)，溫度高，K越大，T₁＞T₂，所以T₁時(shí)平衡常數(shù)K₁＞T₂時(shí)平衡常數(shù)K₂，故答案為：＞；
（3）CO具有還原性，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂，所以A極的電極反應(yīng)式為：CO-2e^-+CO₃^2-═2CO₂，因A為負(fù)極，B為正極，粗銅精煉時(shí)，粗銅D作陽(yáng)極，與電源的正極B相連，故答案為：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂；D；
（4）向0.1mol•L^-1的氫氧化鈉溶液中通入CO₂，可發(fā)生：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O，NaOH+CO₂═NaHCO₃；pH=10時(shí)，溶液中主要存在Na⁺、HCO₃^-、CO₃^2-、H⁺、OH^-，由圖象可以看出，c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），因該溶液呈堿性，所以c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱的計(jì)算、原電池和電解池原理、電離平衡及學(xué)生的識(shí)圖和應(yīng)用的能力，注意蓋斯定律的理解與應(yīng)用，明確圖象中pH與離子的濃度關(guān)系是解答本題的關(guān)鍵，題目難度中等．