Question

氮和硫的化合物在工农业生产、生活中具有重要应用。请回答下列问题：

(1)航天领域中常用N₂H₄作为火箭发射的助燃剂。N₂H₄与氨气相似，是一种碱性气体，易溶于水，生成弱碱N₂H₄·H₂O。用电离方程式表示N₂H₄·H₂O显碱性的原因是：____________________________________________。

(2)在恒温条件下，1 mol NO₂和足量C发生反应2NO₂(g)+2C(s)N₂(g)+2CO₂(g)，测得平衡时NO₂和CO₂的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示：

①A、B两点的浓度平衡常数关系：K_c(A) ___________K_c(B)(填“<”或“>”或“=”)

②A、B、C三点中NO₂的转化率最高的是___________(填“A”或“B”或“C”)点。

③计算C点时该反应的压强平衡常数K_p=___________MPa(K_p是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

(3)已知：亚硝酸(HNO₂)性质和硝酸类似，但它是一种弱酸。常温下亚硝酸的电离平衡常数K_a=5.1×10^－4；H₂CO₃的K_a1=4.2×10^－7，K_a2=5.61×10^－11。在常温下向含有2mol碳酸钠的溶液中加入1mol的HNO₂后，则溶液中CO₃^2－、HCO₃^－和NO₂^－的离子浓度由大到小的顺序是______________________。

(4)已知：常温下甲胺(CH₃NH₂)的电离常数为K_b，且pK_b=－lgK_b=3.4水溶液中有CH₃NH₂+H₂O⇌CH₃NH₃⁺+OH^－。常温下向CH₃NH₂溶液滴加稀硫酸至c(CH₃NH₂)=c(CH₃NH₃⁺)时，则溶液pH=_______。

(5)一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以CaSO₄的形成固定下来，但产生的CO又会与CaSO₄发生化学反应，相关的热化学方程式如下：

①CaSO₄(s)+CO(g) ⇌CaO(s)+SO₂(g)+CO₂(g)     △H=+210.5kJ· mol^－1

②CaSO₄(s)+4CO(g) ⇌CaS(s)+ 4CO₂(g)          △H=－189.2 kJ· mol^－1

反应CaO(s)+3CO(g)+SO₂(g) ⇌CaS(s)+3CO₂(g)   △H=___________ kJ· mol^－1

Answer

N2H4·H2ON2H5++OH-（或N2H4+H2ON2H5++OH-） = A 2 c(HCO3－)>c(NO2－)>c(CO32－) 10.6 -399.7

【解析】

(1) N2H4结合H2O电离的氢离子使溶液呈碱性；
(2)①平衡常数只受温度影响，据此判断；
②增大压强平衡向气体体积减小的方向移动；
③在C点时，二氧化碳与二氧化氮的浓度相等，根据反应2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)，可以知道氮气的浓度为二氧化碳的一半，据此确定各成份气体的体积分数，进而确定反应的压强平衡常数Kp；
(3)弱酸电离常数越大，酸性越强，其酸根离子水解程度越小；
(4) 根据Kb==c(OH-)计算；

(5) 利用盖斯定律将②-①可得CaO(s)+3CO(g)+SO2(g) ⇌CaS(s)+3CO2(g)反应热。

(1)肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，则电离生成OH-和阳离子，电离方程式为N2H4·H2ON2H5++OH-，
因此，本题正确答案是：N2H4·H2ON2H5++OH-；

(2)①平衡常数只受温度影响，所以Kc(A) =Kc(B)，
因此，本题正确答案是：=；
②增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，该反应的正反应是气体体积增大的反应，所以A、B、C三点中NO2的转化率最高的是A点，
因此，本题正确答案是：A；
③在C点时，二氧化碳与二氧化氮的浓度相等，根据反应2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)，可以知道氮气的浓度为二氧化碳的一半，所以混合气体中CO2的体积分数为，NO2的体积分数，N2的体积分数，所以反应的压强平衡常数Kp===2MPa，
因此，本题正确答案是：2；
(3)2mol碳酸钠的溶液中加入1mol的HNO2后，得到含有1mol碳酸钠、1mol碳酸氢钠和1mol亚硝酸钠的混合液。由亚硝酸的电离平衡常数Ka=5.1×10－4，H2CO3的Ka1=4.2×10－7，Ka2=5.61×10－11，可判断水解程度大小顺序为CO32－> NO2－，CO32-水解生成HCO3－，水解的程度较小，所以溶液中CO32－离子、HCO3－离子和NO2－离子的浓度大小关系为c(HCO3－)>c(NO2－)>c(CO32－)，
因此，本题正确答案是：c(HCO3－)>c(NO2－)>c(CO32－)；
(4)电离常数Kb只随温度改变，常温时，CH3NH2+H2O⇌CH3NH3++OH－，当滴加稀硫酸至c(CH3NH2)=c(CH3NH3+)时，Kb==c(OH-)，即c(OH-)= Kb=10-3.4mol/L，则c(H+)==10-10.6，所以pH=-lg10-10.6=10.6，

因此，本题正确答案是：10.6；
(5) 利用盖斯定律将②-①可得CaO(s)+3CO(g)+SO2(g) ⇌CaS(s)+3CO2(g)

△H=（－189.2 kJ· mol－1）-（+210.5kJ· mol－1）=-399.7 kJ· mol－1，

因此，本题正确答案是：-399.7。