Question

【題目】氮及其化合物如NH3及銨鹽、N2H4、N2O4等在中學(xué)化學(xué)、化工工業(yè)、國防等領(lǐng)域占有重要地位。

(1)發(fā)射航天火箭常用肼(N2H4)與N2O4作燃料與助燃劑。肼(N2H4)與N2O4的反應(yīng)為

2N2H4 (g)+ N2O4(g)==3N2(g)+4H2O(g) △H=-1077 kJ·mol-1。

已知相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下表所示：

化學(xué)鍵	N－H	N－N		O－H
E/(kJ·mol－1)	390	190	946	460

①使1 mol N2O4(g)分子中化學(xué)鍵完全斷裂時需要吸收的能量是________________。

②下列能說明2N2H4 (g)+ N2O4(g)==3N2(g)+4H2O(g) △H 達(dá)平衡狀態(tài)的是________

a.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變 b.V（N2）=3V（ N2O4）

c.N2H4的質(zhì)量保持不變 d. △H不再變化

(2)N2O4與NO2之間存在反應(yīng)N2O4(g) 2NO2(g)。將一定量的N2O4放人恒容密閉容器中，測得其平衡轉(zhuǎn)化率[α(N2O4)]隨溫度的變化如下圖所示。

①由圖推測該反應(yīng)的△H_______0(填>”或“<”)，理由為____________________________。

②圖中a點(diǎn)對應(yīng)溫度下，已知N2O4的起始壓強(qiáng)p0為108 kPa，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________________ (用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(3)電解NO2制備NH4NO3，其工作原理如下圖所示。

①陰極的電極反應(yīng)式為____________________________________________________。

②為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補(bǔ)充某種化合物——物質(zhì)A，則A的化學(xué)式為________________。

Answer 1

【答案】1941kJ ac ＞ 溫度升高，α（ N2O4）增加，說明平衡右移，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H＞0 115.2 8H++NO2+7e-=NH4++2H2O NH3

【解析】

（1）①根據(jù)△H=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和計(jì)算；

②只有反應(yīng)前后改變的物理量才能作為判斷化學(xué)平衡的依據(jù)，反應(yīng)前后不改變的物理量不能作為化學(xué)平衡的判斷依據(jù)。

（2）①根據(jù)圖知，升高溫度轉(zhuǎn)化率增大，升高溫度平衡向吸熱方向移動；
②設(shè)原來四氧化二氮的物質(zhì)的量為xmol，計(jì)算出平衡時NO2，N2O4的物質(zhì)的量，根據(jù)相同條件下，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比進(jìn)行計(jì)算；

(3)根據(jù)陽極升失氧，陰極降得還，確定電極反應(yīng)，結(jié)合電極方程式解答該題。

（1）①設(shè)1mol N2O4（g）完全分解成相應(yīng)的原子時需要吸收的能量QKJ，則：
190kJ/mol×2+390kJ/mol×8+QkJ/mol-946kJ/mol×3-460kJ/mol×8=-1077 kJ/mol，
解得Q=1941KJ；

正確答案：1941KJ。

②a．根據(jù)方程式可看出反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量變化的反應(yīng)，總質(zhì)量不變，則平均相對分子質(zhì)量在未達(dá)到平衡時，一直在變化，當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變了，說明反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，故a正確；

b．沒有說速率的正逆，無法判斷，故b不正確；

c．N2H4作為反應(yīng)物，當(dāng)質(zhì)量不在變化，說明反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，故c正確；

d．不管是否達(dá)到平衡，△H始終是定值，故d不正確；

正確答案：ac。

（2）①根據(jù)圖知，升高溫度轉(zhuǎn)化率增大，升高溫度平衡向吸熱方向移動，則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；

正確答案：＞ 溫度升高，α（ N2O4）增加，說明平衡右移，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H＞0。
②四氧化二氮的轉(zhuǎn)化率是0.4，設(shè)原來四氧化二氮的物質(zhì)的量為xmol，轉(zhuǎn)化生成NO2的物質(zhì)的量為0.8xmol，則混合氣體的物質(zhì)的量=（x-0.4x+0.8x）mol=1.4xmol，相同條件下，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，所以=，得反應(yīng)后壓強(qiáng)=108kPa×1.4=151.2

kPa，四氧化二氮的分壓=151.2KPa×0.6x/1.4x=64.8kPa，二氧化氮的分壓=151.2KPa×0.8x/1.4x=86.4KPa，化學(xué)平衡常數(shù)K===115.2。

正確答案:115.2。

(3)電解NO2制備NH4NO3，，陽極反應(yīng)為NO2-e-+H2O=NO3-+2H+，陰極反應(yīng)為：NO2+7e-+8H+=NH4++2H2O，總反應(yīng)方程式為：8NO2+5H2ONH4NO3+6HNO3，因此若要使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補(bǔ)充NH3；

正確答案：8H++NO2+7e-=NH4++2H2O NH3。