1、题组38化学平衡与电解质溶液的综合题1.含氮化合物在生产、生命活动中有重要的作用。回答下列问题:(1)已知:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) H1=-a kJ/mol4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(g) H2=-b kJ/molH2O(l) H2O(g)H3=+c kJ/mol写出在298 K时,氨气燃烧生成N2的热化学方程式:。(2)肌肉中的肌红蛋白(Mb)可与O2结合生成MbO2:Mb(aq)+O2(g) MbO2(aq)其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数,即v正=k正c(Mb)p(O2),v逆=k逆c(MbO2)。37 时测得肌
2、红蛋白的结合度()与p(O2)的关系如下表结合度()指已与O2结合的肌红蛋白占总肌红蛋白的百分比:p(O2)/kPa0.501.002.003.004.005.006.00(MbO2)/%50.067.080.085.088.090.391.0计算37 、p(O2)为2.00 kPa时,上述反应的平衡常数K=。导出平衡时肌红蛋白与O2的结合度()与O2的压强p(O2)之间的关系式=(用含有k正、k逆的式子表示)。(3)构成肌红蛋白的甘氨酸(H2NCH2COOH)是一种两性物质,在溶液中以三种离子形式存在,其转化关系如下:H3N+CH2COOH H3N+CH2COO- H2NCH2COO-在甘氨
3、酸溶液中加入酸或碱,三种离子的百分含量与lgc(H+)c(OH-)的关系如图1所示:图1纯甘氨酸溶液呈性;当溶液呈中性时三种离子的浓度由大到小的顺序为。向lgc(H+)c(OH-)=-8的溶液中加入过量HCl时,反应的离子方程式为。用电位滴定法(图2)可测定某甘氨酸样品的纯度:称取样品150 mg,在一定条件下,用0.100 0 mol/L的高氯酸溶液滴定(与甘氨酸11发生反应),测得电压变化与滴入HClO4溶液的体积关系如图3所示。做空白对照实验,消耗HClO4溶液的体积为0.25 mL,该样品的纯度为%(计算结果保留一位小数)。图2电位滴定装置图图3滴定曲线答案(1)4NH3(g)+3O2
4、(g) 2N2(g)+6H2O(l)H=-3a+2b+30c5 kJ/mol(2)2.00 kPa-1(无kPa-1不扣分,答2不扣分)k正p(O2)k正p(O2)+k逆(3)酸H3N+CH2COO-H2NCH2COO-H3N+CH2COOHH2NCH2COO-+2H+ H3N+CH2COOH85.0解析(2)37 、p(O2)=2.00 kPa时,结合度(MbO2)为80.0%,由结合度的定义可知,反应达平衡时c(MbO2)c(Mb)=80.0%1-80.0%=4,反应的平衡常数K=c(MbO2)c(Mb)p(O2)=42.00 kPa=2.00 kPa-1。由平衡常数K=c(MbO2)c(
5、Mb)p(O2)=k正k逆可求出c(MbO2)=k正c(Mb)p(O2)k逆,代入结合度的定义:=c(MbO2)c(MbO2)+c(Mb)可得,=k正p(O2)k正p(O2)+k逆。(3)甘氨酸是两性物质,含有NH2和COOH,在强酸性溶液中,NH2与H+结合成NH3+,在强碱性溶液中,COOH与OH-反应生成COO-,结合三种离子的转化关系可判断,图中、和分别代表H2NCH2COO-、H3N+CH2COO-和H3N+CH2COOH。溶液呈中性时,lgc(H+)c(OH-)=0,溶液中离子浓度大小顺序为H3N+CH2COO-H2NCH2COO-H3N+CH2COOH。lgc(H+)c(OH-)
6、=-8时,溶液中存在的主要是H2NCH2COO-,它与过量的HCl反应生成H3N+CH2COOH。根据滴定曲线的突跃范围知,消耗HClO4溶液17.25 mL,减去空白实验的0.25 mL,实际消耗滴定液17.00 mL,HClO4与甘氨酸11发生反应,则有n(甘氨酸)=n(HClO4)=0.100 0 molL-117.0010-3 L,m(甘氨酸)=1.710-3 mol75 gmol-1=0.127 5 g=127.5 mg,故样品纯度=127.5 mg150 mg100%=85.0%。2.以氧化铝为原料,通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN);通过电解法可制取铝。电解铝时阳极产生的CO2
7、可通过二氧化碳甲烷化等再利用。请回答:(1)已知:2Al2O3(s) 4Al(g)+3O2(g) H1=+3 351 kJ/mol2C(s)+O2(g) 2CO(g)H2=-221 kJ/mol2Al(g)+N2(g) 2AlN(s)H3=a kJ/molAl2O3(s)+3C(s)+N2(g) 2AlN(s)+3CO(g) H4=+1 026 kJ/mol反应的a=,反应自发进行的条件是(填“高温”“低温”或“任意温度”)。(2)在常压、Ru/TiO2催化下,CO2和H2的混合气体(体积比14,总物质的量为x mol)进行反应,测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化的情况分别如图1和
8、图2所示(选择性:转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。反应:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)H5反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)H6图1图2下列说法正确的是。A.H5小于零B.温度可影响产物的选择性C.CO2平衡转化率随温度升高先增大后减小D.其他条件不变,将CO2和H2的初始体积比改变为13,可提高CO2平衡转化率350 时,反应在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为y L,该温度下反应的平衡常数为(用x、y表示)。(3)CO2溶于水形成H2CO3。已知常温下H2CO3的电离平衡常数K1=4.410-7,K2=4.710-11,NH3H2O
9、的电离平衡常数Kb=1.7510-5。请计算反应NH4+HCO3-+H2O NH3H2O+H2CO3在常温下的平衡常数K=。(结果保留一位小数)(4)据文献报道,二氧化碳可以在酸性水溶液中用惰性电极电解得到乙烯,其原理如图所示。b电极上的电极反应式为 ,该装置中使用的是(“阴”或“阳”)离子交换膜。答案(1)-318高温(2)AB625y2x2(3)1.310-3(4)2CO2+12H+12e- C2H4+4H2O阳解析(1)已知2Al2O3(s) 4Al(g)+3O2(g)H1=+3 351 kJ/mol,2C(s)+O2(g) 2CO(g)H2=-221 kJ/mol,2Al(g)+N2(
10、g) 2AlN(s)H3=a kJ/mol,Al2O3(s)+3C(s)+N2(g) 2AlN(s)+3CO(g)H4=+1 026 kJ/mol,根据盖斯定律,+3+2=2,解得H3=-318 kJ/mol;若G=H-TS0,S0,因此该反应能自发进行的条件为高温。(2)根据题中图1可知,CO2的转化率先增大是因为反应正向进行,到一定温度时达到平衡,再升高温度CO2的转化率减小,说明正反应为放热反应,H5小于零,故A正确;由题中图2可知,随温度升高甲烷的选择性降低,CO的选择性增加,因此温度可影响产物的选择性,故B正确;CO2转化率先增大是因为反应正向进行未达到平衡状态,达到平衡状态后,随温
11、度升高CO2的转化率减小,温度低于350 时反应未达到平衡,不是平衡转化率,故C错误;CO2和H2的混合气体(体积比14,总物质的量x mol)进行反应,其他条件不变,将CO2和H2的初始体积比改变为13,相当于减小氢气的量,CO2平衡转化率减小,故D错误。350 时,反应在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为y L,二氧化碳的转化率为80%,根据三段式法有:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)起始量(mol)0.2x0.8x 00转化量(mol)0.16x0.64x0.16x 0.32x平衡量(mol)0.04x0.16x0.16x 0.32x平衡常数K=0.16xy(0.32xy)20.04xy(0.16xy)4=625y2x2。(3)反应NH4+HCO3-+H2O NH3H2O+H2CO3的平衡常数K=c(NH3H2O)c(H2CO3)c(NH4+)c(HCO3-)=c(H+)c(OH-)Kb(NH3H2O)K1(H2CO3)1.310-3。(4)由题图可知,电解时二氧化碳在b极上得电子发生还原反应生成乙烯,电极反应式为2CO2+12H+12e- C2H4+4H2O,因离子交换膜只允许氢离子通过,所以是阳离子交换膜。