Question

20．运用化学反应原理研究氮、磷等单质及其化合物的反应有重要意义．
（1）试判断用于汽车净化的一个反应2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g），在298K、100kPa下能否自发进行能（填“能”或“否”）．已知：在298K、100kPa下该反应的△H=-113.0kJ•mol^-1，△S=-145.3J•mol^-1•K^-1．
（2）25℃下，将a mol•L^-1的氨水与0.005mol•L^-1的硫酸等体积混合，反应平衡时溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-），用含a的代数式表示NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$．
（3）25℃时，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=2.6×10^-9，现将BaCl₂溶液滴入浓度均为0.01mol•L^-1的Na₂SO₄和Na₂CO₃的混合溶液中，当两种沉淀共存时，溶液中c （CO₃^2-）：c（SO₄^2-）=260：11（不考虑CO₃^2-的水解）
（4）次磷酸（H₃PO₂）是一种一元中强酸，重要的精细化工产品．
①写出次磷酸的电离方程式：H₃PO₂?H₂PO₂^-+H⁺．
②已知某温度下0.01mol/L的NaOH溶液pH=10，将该NaOH溶液与等浓度等体积的H₃PO₂溶液混合，混合后溶液pH=7，则此时c（OH^-）-c（H₃PO₂）=10^-7．该温度下将pH=a的盐酸V_aml与pH=b的氢氧化钠V_bml混合后溶液呈中性，且a+b=10，则V_a：V_b=1：100．

Answer 1

分析 （1）依据△G=△H-T△S计算判断，若△G＜0，反应自发进行，若△G＞0，反应非自发进行；
（2）在25℃下，将amol/L的氨水与0.005mol/L的硫酸等体积混合，反应平衡时溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），
平衡时溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）=0.01mol/L，根据物料守恒得c（NH₃．H₂O）=（0.5a-0.01）mol/L，根据电荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$；
（3）将BaCl₂溶液滴入浓度均为0.01mol•L^-1的Na₂SO₄和Na₂CO₃的混合溶液中，当两种沉淀共存时，依据沉淀转化平衡常数和溶度积常数计算；
（4）①根据H₃PO₂是一元中强酸可知，H₃PO₂是弱电解质，溶液中部分电离出氢离子，据此写出电离方程式；
②已知某温度下0.01mol/L的NaOH溶液PH=10，氢离子浓度c（H⁺）=10^-10mol/L，该温度下Kw=10^-12，将该NaOH溶液与等浓度等体积的H₃PO₂溶液混合，混合后溶液PH=7，溶液显碱性，溶液中存在电荷守恒和物料守恒计算得到离子浓度关系，该温度下将pH=a的盐酸V_aml与pH=b的氢氧化钠V_bml混合后溶液呈中性，且a+b=10，氢离子物质的量等于氢氧根离子物质的量列式计算．

解答 解：（1）已知：在298K、100kPa下该反应的△H=-113.0kJ•mol^-1，△S=-145.3J•mol^-1•K^-1，△G=△H-T△S=-113.0 kJ•mol^-1-298 K×（-145.3 J•mol^-1•K^-1）×10^-3≈-69.7 kJ•mol^-1＜0，反应自发进行，
故答案为：能；
（2）在25℃下，将amol/L的氨水与0.005mol/L的硫酸等体积混合，反应平衡时溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），平衡时溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）=0.005mol/L，根据物料守恒得c（NH₃．H₂O）=（0.5a-0.005）mol/L，根据电荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{1×1{0}^{-7}×0.005}{0.5a-0.005}$=$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$，
故答案为：$\frac{1{0}^{-9}}{a-0.01}$；
（3）298K时，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，K_sp（BaCO₃）=2.6×10^-9，现将BaCl₂溶液滴入浓度均为0.01mol•L^-1的Na₂SO₄和Na₂CO₃的混合溶液中，当两种沉淀共存时，BaCO₃+SO₄^2-=BaSO₄+CO₃^2-，K=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$×$\frac{c（B{a}^{2+}）}{c（B{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（BaC{O}_{3}）}{Ksp（BaS{O}_{4}）}$=$\frac{2.6×1{0}^{-9}}{1.1×1{0}^{-10}}$=$\frac{260}{11}$，溶液中c （CO₃^2-）：c （SO₄^2-）=260：11，
故答案为：260：11；
（4）①H₃PO₂是一元中强酸，溶液中部分电离出氢离子，所以其电离方程式为H₃PO₂?H₂PO₂^-+H⁺，故答案为：H₃PO₂?H₂PO₂^-+H⁺；
②已知某温度下0.01mol/L的NaOH溶液pH=10，氢离子浓度c（H⁺）=10^-10mol/L，该温度下K_w=10^-12，将该NaOH溶液与等浓度等体积的H₃PO₂溶液混合恰好反应生成盐为NaH₂PO₂，混合后溶液PH=7，溶液显碱性，溶液中存在电荷守恒为：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（H₂PO₂ ^-），物料守恒为：c（Na⁺）=c（H₂PO₂^-）+c（H₃PO₂）计算得到离子浓度关系，c（OH^-）-c（H₃PO₂）=c（H⁺）=10^-7mol/L，该温度下将pH=a的盐酸V_aml与pH=b的氢氧化钠V_bml混合后溶液呈中性，且a+b=10，氢离子物质的量等于氢氧根离子物质的量，Va ml×10^-amol/L=Vbml×$\frac{1{0}^{-12}}{1{0}^{-b}}$，Va：Vb=10^-12+a+b，a+b=10，Va：V_b=1：100，
故答案为：10^-7；1：100．

点评 本题考查了溶液中各种离子浓度大小的比较、混合溶液pH值的计算、平衡常数的计算等知识点，难度中等，注意酸碱混合溶液中pH值的计算时溶液的体积为混合体积，否则会导致错误．