Question

17．NO₂壓縮成N₂O₄可作火箭燃料中的氧化劑，也可制備硝化試劑N₂O₅等．
（1）火箭燃料燃燒反應(yīng)如下：
2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）═3N₂（g）+4H₂O（l）△H，若1.00g N₂H₄（l）與足量N₂O₄（l）完全反應(yīng)生成N₂（g）和H₂O（l），放出19.10kJ的熱量．則反應(yīng)△H=-1222.4kJ•mol^-1
（2）在2L密閉容器內(nèi)，投入一定量NO₂，發(fā)生下列反應(yīng)：2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g）．
在三種不同的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，NO₂的濃度隨時(shí)間的變化如圖1所示．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①不能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是a（填字母）．
a．2v_正（NO₂）=v_逆（O₂）　 b．NO₂濃度不變    c．氣體總壓不變　d．NO的體積分?jǐn)?shù)保持不變
②下列說(shuō)法正確的是ad（填字母）．
a．800℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.25　
b．實(shí)驗(yàn)Ⅱ和實(shí)驗(yàn)Ⅰ相比，可能隱含的條件是：實(shí)驗(yàn)Ⅰ使 用了效率更高的催化劑
c．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)
d．實(shí)驗(yàn)Ⅰ條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)等于實(shí)驗(yàn)Ⅱ條件下反應(yīng) 的平衡常數(shù)
e．該反應(yīng)的△S＞0，故該反應(yīng)一定是自發(fā)反應(yīng)
③實(shí)驗(yàn)Ⅱ從反應(yīng)開(kāi)始到剛達(dá)到平衡時(shí)，v（NO）=0.0125mol•L^-1•min^-1；若再向該2L密閉容器中通 入1mol NO₂、1mol NO、0.5mol O₂，則NO₂的轉(zhuǎn)化率將減小（填“增大”、“減小”或“不變”）
（3）利用NO₂或N₂O₄可制備N₂O₅，原理如圖2所示．N₂O₅在電解池的陽(yáng)極區(qū)生成，其電極反應(yīng)為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）計(jì)算2molN₂H₄反應(yīng)放出的熱量，可得該反應(yīng)的△H，反應(yīng)放熱，焓變符號(hào)為“-”，單位為kJ/mol；
（2）①a．不同物質(zhì)表示的正逆速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，反應(yīng)到達(dá)平衡；
b．平衡時(shí)c（NO₂）濃度不變是平衡標(biāo)志；
c．隨反應(yīng)進(jìn)行，壓強(qiáng)增大，氣體總壓不變說(shuō)明到達(dá)平衡；
d．平衡時(shí)各組分的含量不變；
②a．計(jì)算平衡時(shí)各組分的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$計(jì)算；
b．實(shí)驗(yàn)Ⅱ和實(shí)驗(yàn)Ⅰ相比，反應(yīng)速率加快，平衡時(shí)二氧化氮的濃度相等，不影響平衡移動(dòng)；
c．升高溫度，平衡時(shí)二氧化氮的濃度減小，說(shuō)明升高溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)；
d．平衡常數(shù)隨溫度變化；
e．升高溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，當(dāng)△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
③根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（NO₂），利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（O₂）；
計(jì)算濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)方向，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，Qc＜K，向正反應(yīng)進(jìn)行，Qc＞K，向逆反應(yīng)進(jìn)行；
（3）利用NO₂或N₂O₄可制備N₂O₅，N元素發(fā)生氧化反應(yīng)，則N₂O₅在電解池的陽(yáng)極區(qū)生成，由圖可知，陽(yáng)極上是 N₂O₄失去電子，在HNO₃條件下生成N₂O₅，根據(jù)電荷守恒可知有H⁺生成．

解答 解：（1）1.00g N₂H₄完全反應(yīng)放出19.14kJ的熱量，則2molN₂H₄反應(yīng)放出的熱量為19.10kJ×$\frac{2mol×32g/mol}{1g}$=1222.4kJ，故該反應(yīng)的△H=-1222.4kJ/mol，
故答案為：-1222.4；
（2）①a．v_正（NO₂）=2v_逆（O₂），則v_逆（NO₂）=v_正（NO₂），反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，2v_正（NO₂）=v_逆（O₂），不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a選；
b．平衡時(shí)c（NO₂濃度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b不選；
c．隨反應(yīng)進(jìn)行，壓強(qiáng)增大，氣體總壓不變說(shuō)明到達(dá)平衡，故c不選；
d．生成物NO的體積分?jǐn)?shù)不變，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故d不選，
故選：a；
②a．800℃時(shí)，平衡時(shí)二氧化氮的濃度為0.5mol/L，則：
2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g）
起始量（mol/L）：1 0 0
變化量（mol/L）：0.5 0.5 0.25
平衡量（mol/L）：0.5 0.5 0.25
800℃時(shí)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0．{5}^{2}×0.25}{0．{5}^{2}}$=0.25，故a正確；
b．實(shí)驗(yàn)Ⅱ和實(shí)驗(yàn)Ⅰ相比，反應(yīng)速率加快，平衡時(shí)二氧化氮的濃度相等，不影響平衡移動(dòng)，不能是升高溫度或增大壓強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)Ⅱ可能使用了效率更高的催化劑，故b錯(cuò)誤；
c．升高溫度，平衡時(shí)二氧化氮的濃度減小，說(shuō)明升高溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故c錯(cuò)誤；
d．平衡常數(shù)隨溫度變化，實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅱ溫度相同，實(shí)驗(yàn)Ⅰ條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)等于實(shí)驗(yàn)Ⅱ條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)，故d正確；
e．升高溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H＞0，正反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，△S＜0，而△G=△H-T△S＞0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，故f錯(cuò)誤，
故選：ad；
③v（NO₂）=$\frac{1mol/L-0.5mol/L}{20min}$=0.025mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，v（NO）=v（NO₂）=0.025mol/（L．min），
若再向該2L密閉容器中通 入1mol NO₂、1mol NO、0.5mol O₂，濃度商Qc═0.5＞K=0.25，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，NO2轉(zhuǎn)化率減小，
故答案為：0.0125mol/（L．min）；減��；
（3）利用NO₂或N₂O₄可制備N₂O₅，N元素發(fā)生氧化反應(yīng)，則N₂O₅在電解池的陽(yáng)極區(qū)生成，由圖可知，陽(yáng)極上是 N₂O₄失去電子，在HNO₃條件下生成N₂O₅，根據(jù)電荷守恒可知有H⁺生成，電極反應(yīng)式為：N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，
故答案為：陽(yáng)極；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)計(jì)算與應(yīng)用、反應(yīng)熱計(jì)算、電解原理等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．