硒(Se)及其氢化物H2Se在新型光伏太阳能电池、半导体材料和金属硒化物方面有重要应用。
(1)已知:①2H2Se(g)+O2(g)2Se(s)+2H2O(l) ΔH1=m kJ·mol−1
②2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) ΔH2=n kJ·mol−1
③H2O(g)=H2O(l) ΔH3=p kJ·mol−1
反应H2(g)+Se(s)H2Se(g)的反应热ΔH=______kJ·mol−1(用含m、n、p的代数式表示)。
(2)T℃时,向一恒容密闭容器中加入3molH2和lmolSe,发生反应H2(g)+Se(s)H2Se(g)。
①该反应的平衡常数的表达式K=___________。
②当反应达到平衡后,将平衡混合气体通入气体液化分离器使H2Se气体转化为液体H2Se,并将分离出的H2再次通入发生反应的密闭容器中继续与Se反应时,Se的转化率会提高。请用化学平衡理论解释_________________________________。
③以5小时内得到的H2Se为产量指标,且温度、压强对H2Se产率的影响如图所示:
则制备H2Se的最佳温度和压强为______________________。
(3)已知常温下H2Se的电离平衡常数K1=1.3×10−4,K2=5.0×10−11,则NaHSe溶液的离子浓度由大到小的顺序为____________________,H2Se在一定条件下可以制备CuSe,反应CuS(s)+Se2−(aq)CuSe(s)+S2−(aq)的化学平衡常数K=_____(保留2位有效数字,已知该条件下CuSe的Ksp=7.9×10−49,CuS的Ksp=1.3×10−36)。
(4)用电化学方法制备H2Se的实验装置如图所示,石墨电极是__________(填正极或负极),写出Pt电极上发生反应的电极反应式:_________________________________。
答案:
p−(n+m) 移除产物H2Se后,将分离出的H2重新通入容器中,平衡正向移动,Se的转化率提高 550℃,0.3MPa c(Na+)>c(HSe−)>c(OH−)>c(H+)>c(Se2−) 1.6×1012 正极 CO-2e−+H2O=CO2+2H+
【解析】
(1)根据盖斯定律进行计算;
(2)①根据化学平衡常数的定义解答;
②根据浓度对化学平衡移动的影响分析解答;
(3)计算HSe−的电离常数和水解常数,比较HSe−的水解程度与电离程度的大小关系,从而确定溶液中离子浓度的大小关系;根据化学平衡常数的定义列式计算;
(4)根据原电池原理分析解答。
(1)已知热化学方程式:①2H2Se(g)+O2(g)2Se(s)+2H2O(l) ΔH1=m kJ·mol−1;②2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) ΔH2=n kJ·mol−1;③H2O(g)=H2O(l) ΔH3=p kJ·mol−1;根据盖斯定律可知由即可得:H2(g)+Se(s)H2Se(g),所以反应H2(g)+Se(s)H2Se(g)的反应热ΔH=p−(n+m)kJ·mol−1;
(2)①化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度幂之积和反应物浓度幂之积的比值,因为Se是固体,故该反应的平衡常数表达式为;
②当反应达到平衡后,将平衡混合气体通入气体液化分离器使H2Se气体转化为液体H2Se,并将分离出的H2再次通入发生反应的密闭容器中继续与Se反应时,Se的转化率提高,原因是:移除产物H2Se后,将分离出的H2重新通入容器中,平衡正向移动,Se的转化率提高;
③由图可知,温度550℃、压强0.3MPa时产率最高;
(3)NaHSe中存在电离平衡HSe−H++Se2−和水解平衡:HSe−+H2OH2Se+OH−,其电离平衡常数K2=5.0×10−11,水解平衡常数为=7.69×10−11,所以HSe−的水解程度大于其电离程度,溶液呈碱性,故NaHSe溶液的离子浓度由大到小的顺序为c(Na+)>c(HSe−)>c(OH−)>c(H+)>c(Se2−);
CuS(s)+Se2−(aq)CuSe(s)+S2−(aq)的化学平衡常数K====≈1.6×1012;
(4)电化学制备的产物是H2Se,由此可知,石墨上Se发生了还原反应,电极反应式为Se+2H+-2e−=H2Se,通入CO的电极为原电池的负极,失电子发生氧化反应,电极反应式为CO-2e−+H2O=CO2+2H+。