Question

18．氮元素的氫化物和氧化物在工業(yè)生產(chǎn)和國防建設中都有廣泛應用．請回答下列問題：
（1）肼（N₂H₄）可作為火箭發(fā)動機的燃料，與氧化劑N₂O₄反應生成N₂和水蒸氣．已知：
①N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（l）△H₁═-19.5kJ•mol^-1
②N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂═-534.2kJ•mol^-1
寫出肼和N₂O₄（l）反應的熱化學方程式：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol．
（2）氮的氧化物與懸浮在大氣中的海鹽粒子相互作用時，涉及如下反應：
（Ⅰ）2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）　K₁ △H₁＜0
（Ⅱ）2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）　K₂ △H₂＜0
①4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）．
②為研究不同條件對反應（Ⅱ）的影響，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（Ⅱ）達到平衡．測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol/（L•min），則平衡后n（Cl₂）=0.025mol，NO的轉化率α₁=75%．其他條件保持不變，反應（Ⅱ）在恒壓條件下進行，平衡時NO的轉化率α₂＞　α₁（填“＞”、“＜”或“=”），平衡常數(shù)K₂不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．若要使K₂減小，可采取的措施是升高溫度．
（3）用生物處理方法除去廢水中的氮，其過程是先將大多數(shù)有機態(tài)氮轉化為氨態(tài)氮（氨態(tài)氮以NH₄⁺表示），然后通過進一步轉化成N₂而消除污染．其中一種方法的部分反應為：
2NH₄⁺+3O₂═2HNO₂+2H₂O+2H⁺   2HNO₂+O₂═2HNO₃
上述方法中氨態(tài)氮元素1g轉化為硝酸態(tài)氮（硝酸態(tài)氮以HNO₃表示）時需氧氣的質量為4.57g．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（l）△H₁=-19.5kJ?mol^-1；②N₂H₄（l）+O₂ （g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2kJ•mol^-1根據(jù)蓋斯定律寫出肼和N₂O₄反應的熱化學方程：②×2-①得到：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g），并以此計算反應熱；
（2）①已知：①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
根據(jù)蓋斯定律①×2-②可得：4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g），則該反應平衡常數(shù)為①的平衡常數(shù)平方與②的商；
②測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，則△n（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，由方程式計算參加反應NO、氯氣的物質的量，進而計算平衡時氯氣的物質的量、NO的轉化率；
正反應為氣體物質的量減小的反應，恒溫恒容下條件下，到達平衡時壓強比起始壓強小，其他條件保持不變，反應（Ⅱ）在恒壓條件下進行，等效為在恒溫恒容下的平衡基礎上增大壓強，平衡正向移動；
平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變；若要使K₂減小，應使平衡逆向移動；
（3）由2NH₄⁺+3O₂═2HNO₂+2H₂O+2H⁺和2HNO₂+O₂═2HNO₃得總方程式為 2NH₄⁺+4O₂═2HNO₃+2H₂O+2H⁺，結合方程式計算．

解答 解：（1）①N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（l）△H₁=-19.5kJ?mol^-1；②N₂H₄（l）+O₂ （g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律寫出肼和N₂O₄反應的熱化學方程：②×2-①得到：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol，
故答案為：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
（2）①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），△H₁＜0 （Ⅰ），平衡常數(shù)K₁=$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$，
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），△H₂＜0 （Ⅱ），平衡常數(shù)K₂ =$\frac{{c}^{2}（ClNO）}{{c}^{2}（NO）c（C{l}_{2}）}$，
①由蓋斯定律可知4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{l}_{2}）{c}^{2}（NO）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）}$，計算得到K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案為：$\frac{{{K}_{1}}^{2}}{{K}_{2}}$；
②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（Ⅱ）達到平衡，測得10min內(nèi)v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，物質的量為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的轉化率α₁=$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
其他條件保持不變，反應（Ⅱ）在恒壓條件下進行，隨反應進行，氣體體積減小，為保持恒壓所以容器體積減小，壓強增大，平衡正向進行，平衡時NO的轉化率α₂ 增大；平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨濃度、壓強變化，若要使K₂減小，平衡逆向進行，反應是放熱反應，依據(jù)平衡移動原理應升高溫度，平衡逆向進行；
故答案為：0.025；75%；＞；不變；升高溫度；
（3））①由2NH₄⁺+3O₂═2HNO₂+2H₂O+2H⁺和2HNO₂+O₂═2HNO₃得
     2NH₄⁺+4O₂═2HNO₃+2H₂O+2H⁺
      36        128
      1g        4.57g
故氨態(tài)氮元素1g轉化為硝酸態(tài)氮（硝酸態(tài)氮以HNO₃表示）時需氧氣的質量為4.57g，
故答案為：4.57．

點評 本題綜合考查了化學反應與能量變化以及化學平衡的計算，為高頻考點，側重考查學生的分析能力和計算能力，題目難度不大，注意把握平衡常數(shù)的計算以及蓋斯定律的應用．