Question

10．2015年3月，全國“兩會”代表委員就我國“霧霾”治理積極建言獻(xiàn)策．科學(xué)家研究表明氮氧化物與懸浮在大氣中的鹽粒子相互作用時能產(chǎn)生“二次霧霾”，涉及的反應(yīng)有：
2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）      K₁ （Ⅰ）
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）                K₂ （Ⅱ）
回答下列問題：
（1）寫出反應(yīng)（Ⅰ）的平衡常數(shù)表達(dá)式K₁=$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$．
（2）恒溫恒容條件下，反應(yīng)（Ⅱ）達(dá)到平衡的標(biāo)志是ab．
a．體系壓強(qiáng)保持不變             b．混合氣體顏色保持不變
c．NO和ClNO的物質(zhì)的量相等    d．每消耗0.1mol NO的同時消耗0.05mol Cl₂
（3）為研究不同條件對反應(yīng)（Ⅱ）的影響，恒溫時向2L密閉容器中加入 0.2mol NO和0.1molCl₂：
①在恒容條件下反應(yīng)10min達(dá)到平衡，測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3 mol•L^-1•min^-1，則NO的平衡轉(zhuǎn)化率α₁=75%．
②在恒壓條件下建立平衡時NO的轉(zhuǎn)化率為α₂，則α₂＞α₁（填“＞”“＜”或“=”），平衡常數(shù)K₂不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）工業(yè)上可通過電解NO制備NH₄NO₃，其工作原理如圖所示，陰極反應(yīng)式為NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O；為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需補(bǔ)充氣體物質(zhì)A，A的化學(xué)式是NH₃．
（5）NO₂可助偏二甲肼（C₂H₈N₂）燃燒，產(chǎn)生的巨大能量能把火箭送入太空．已知6.0g液態(tài)偏二甲肼與液態(tài)NO₂完全反應(yīng)生成N₂、CO₂、H₂O（g）放出225.0kJ的熱量．寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式C₂H₈N₂（l）+4NO₂（l）═3N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-2250.0kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)概念，結(jié)合反應(yīng)化學(xué)方程式書寫平衡常數(shù)，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
（2）反應(yīng)達(dá)到正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，以及選項的分析判斷，原則為變量不變證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
（3）①依據(jù)平衡三段式列式計算，依據(jù)反應(yīng)速率概念計算V=$\frac{△c}{△t}$、轉(zhuǎn)化率概念的計算，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
②反應(yīng)（Ⅱ）在恒壓條件下進(jìn)行，隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體體積減小，為保持恒壓所以容器體積減小，壓強(qiáng)比恒容容器大，平衡正向進(jìn)行，平衡時NO的轉(zhuǎn)化率α₂ 增大；平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨濃度、壓強(qiáng)變化，平衡常數(shù)隨溫度變化；
（4）工業(yè)上電解NO制備 NH₄NO₃，由裝置圖可知陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，NO被氧化生成NO₃^-，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，NO被還原生成NH₄⁺，陽極反應(yīng)為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應(yīng)為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，結(jié)合電極方程式解答該題；
（5）根據(jù)物質(zhì)的物質(zhì)的量與熱量成正比計算費(fèi)用焓變，結(jié)合熱化學(xué)方程式的書寫方法標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)的焓變書寫．

解答 解：（1）2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），固體不寫入平衡常數(shù)表達(dá)式，反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
故答案為：$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
（2）恒溫恒容條件下，反應(yīng)（Ⅱ）2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）是氣體體積減小的反應(yīng)；
a．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小，體系壓強(qiáng)保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；         
b．平衡狀態(tài)氯氣是黃綠色氣體，混合氣體顏色保持不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．NO和ClNO的物質(zhì)的量相等是反應(yīng)的定量關(guān)系，在反應(yīng)過程中和平衡狀態(tài)下和起始量有關(guān)，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．每消耗0.1mol NO的同時消耗0.05mol Cl₂，只能說明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說明正逆反應(yīng)速率相同，故d錯誤；
故答案為：ab；
（3）①在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min時反應(yīng)（Ⅱ）達(dá)到平衡，測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，物質(zhì)的量為7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，
                       2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
起始量（mol） 0.2            0.1              0
變化量（mol） 0.15        0.075           0.15
平衡量（mol） 0.05        0.025           0.15
則平衡后n（Cl₂）=0.025mol，
NO的轉(zhuǎn)化率α₁=$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
故答案為：75%；
②其他條件保持不變，反應(yīng)（Ⅱ）在恒壓條件下進(jìn)行，隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體體積減小，為保持恒壓所以容器體積減小，壓強(qiáng)比恒容容器大，平衡正向進(jìn)行，平衡時NO的轉(zhuǎn)化率α₂ 增大；平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨濃度、壓強(qiáng)變化；
故答案為：＞； 不變；
（4）電解NO制備NH₄NO₃，陽極反應(yīng)為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應(yīng)為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，從兩極反應(yīng)可看出，要使得失電子守恒，陽極產(chǎn)生的NO₃^-的物質(zhì)的量大于陰極產(chǎn)生的NH₄⁺的物質(zhì)的量，總反應(yīng)方程式為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，因此若要使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需補(bǔ)充NH₃，
故答案為：NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O； NH₃；
（5）6.0g即0.1mol液態(tài)偏二甲肼與足量的液態(tài)四氧化二化氮完全反應(yīng)生成N₂（g）、CO₂（g）、H₂O（g）、放出225.0kJ的熱量，所以1mol液態(tài)偏二甲肼與足量的液態(tài)四氧化二化氮完全反應(yīng)生成N₂（g）、CO₂（g）、H₂O（g）、放出2250kJ的熱量，則熱化學(xué)方程式為：C₂H₈N₂+2N₂O₄（l）=3N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-2250kJ/mol；
故答案為：C₂H₈N₂（l）+4NO₂（l）═3N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-2250.0kJ/mol．

點評 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡標(biāo)志的分析應(yīng)用，化學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率計算，影響化學(xué)平衡因素分析，原電池原理應(yīng)用，熱化學(xué)方程式書寫方法，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．