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            。

（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=      （列出表达式并计算结果。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）亚硝酸的电离平衡常数Ka=5.1×10^-4（298K）。它的性质和硝酸很类似。

①已知298K 时，H₂CO₃的K_a1=4.2×10^-7 ；K_a2=5.61×10^-11。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是                       。

②将10mL0.1mol/L的亚硝酸溶液加入到10mL0.1mol/L氨水（已知在25℃时，一水合氨的K_i= 1.8×10^-5）中,最后所得溶液为________（填“酸性”、“碱性”或者“中性”）。

（4）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 = -189.2kJ•mol^-1

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

(5)H₂S气体溶于水形成的氢硫酸是一种二元弱酸，25℃时，在0.10 mol·L^-1H₂S溶液中，通人HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液pH，溶液pH与c(S^2-)关系如图所示(忽略溶液体积的变化、H₂S的挥发)。

①pH=13时，溶液中的c(H₂S)+c(HS^-)=__________mol·L^-1；

②某溶液含0.010 mol·L^-1Fe²⁺和0.10 mol·L^-1H₂S，当溶液pH=______时，Fe²⁺开始沉淀。【已知：K_SP(FeS)=1.4×10^-19】

Answer

（1）N2H4·H2ON2H5++OH-（或N2H4+H2ON2H5++OH-）（2）①=②A

③2 MPa（3）[HCO3-]＞[NO2-]＞[CO32-] （2）酸性（4）-399.7 （5）①0.043 ②2

【解析】

试题分析：（1）该化合物的性质与氨气类似，说明能电离出氢氧根离子而显碱性，因此溶液显碱性的离子方程式为N2H4·H2ON2H5++OH-。

（2）①A、B两点的温度相同，则平衡常数关系是Kc(A＝Kc(B)。

②正反应是体积增大的可逆反应，压强越大，越不利于NO2的转化，所以A、B、C三点中NO2的转化率最高的是A点。

③ 2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)

起始量（mol） 1 0 0

转化量（mol） 2x x 2x

平衡量（mol） 1-2x x 2x

C点CO2和NO2的浓度相等，则1－2x＝2x，解得x＝0.25，则此时混合气体的总物质的量是1＋x＝1.25，所以C点时该反应的压强平衡常数Kp＝＝2MPa。

（3）①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可判断亚硝酸的酸性强于碳酸，因此向含有2mol碳酸钠的溶液中加入1mol的HNO2后生成1mol碳酸氢钠、1mol亚硝酸钠，另外还剩余1mol碳酸钠，水解程度大小顺序为CO32-＞NO2-，水解生成HCO3-，所以溶液中CO32-、HCO3-和NO2-离子的浓度大小关系为[HCO3-]＞[NO2-]＞[CO32-]；

②已知在25℃时，一水合氨的Ki=1.8×10-5，亚硝酸的电离平衡常数Ka=5.1×10-4，所以亚硝酸的电离程度大于一水合氨的电离程度，则铵根离子的水解程度大于亚硝酸根离子的程度，根据越弱越水解，铵根离子的水解程度大，所以最后所得溶液为酸性；

（4）已知①CaSO4（s）+CO（g）CaO（s）+SO2（g）+CO2（g）△H = +210.5kJ•mol-1

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

则根据盖斯定律可知②－①即得到反应CaO(s)+3CO(g)+SO2(g) CaS(s)+3CO2(g)的反应热△H＝-399.7kJ•mol-1；

（5）①根据溶液pH与c（S2-）关系图pH=13时，c（S2-）＝5.7×10-2mol/L，在0.10mol•L-1H2S溶液中根据硫守恒c（H2S）+c（HS-）+c（S2-）＝0.10mol•L-1，所以c（H2S）+c（HS-）＝0.1-5.7×10-2＝0.043mol/L；

②当Qc=Ksp（FeS）时开始沉淀，所以c（S2-）＝Ksp(FeS)÷c(Fe2+)＝1.4×10−19mol/L，结合图象得出此时的pH=2，所以pH=2时亚铁离子开始沉淀。

【考点定位】本题主要是考查了氧化还原反应、弱电解质的电离、弱电解质的水解以及反应热计算等

【名师点晴】该题考查的知识点较多，侧重考查学生对知识的迁移应用，注意信息的理解和综合应用。难点是电离平衡常数以及盐类水解的应用。解答时要明确电离平衡常数与化学平衡常数一样，平衡常数越大弱电解质的电离程度越大，从而可以判断相应酸碱的相对强弱，进而可以判断相应的盐的水解程度大小。（5）中的计算要注意灵活应用电荷守恒，同时要注意结合图像进行分析与计算。