Question

3．氨氣及其相關產(chǎn)品是基本化工原料，在化工領域中具有重要的作用．
（1）以鐵為催化劑，0.6mol氮氣和1.8mol氫氣在恒溫、容積恒定為1L的密閉容器中反應生成氨氣，20min后達到平衡，氮氣的物質的量為0.3mol．
①在第25min時，保持溫度不變，將容器體積迅速增大至2L并保持恒容，體系達到平衡時N₂的總轉化率為38.2%，請畫出從第25min起H₂的物質的量濃度隨時間變化的曲線．

②該反應體系未達到平衡時，催化劑對逆反應速率的影響是增大（填增大、減少或不變）．
（2）①N₂H₄是一種高能燃料，有強還原性，可通過NH₃和NaClO反應制得，寫出該制備反應的化學方程式NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O
②N₂H₄的水溶液呈弱堿性，室溫下其電離常數(shù)K₁=1.0×10^-6，則0.01mol•L^-1 N₂H₄水溶液的pH等于10（忽略N₂H₄的二級電離和H₂O的電離）．
③已知298K和101KPa條件下：
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H₁
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₂
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃
4NH₃（g）+O₂（g）=2N₂H₄（l）+2H₂O（I）△H₄
則N₂H₄（l）的標準燃燒熱△H=$\frac{3}{2}$△H₂-△H₁-$\frac{1}{2}$△H₄
（3）科學家改進了NO₂轉化為HNO₃的工藝（如虛框所示），在較高的操作壓力下，提高N₂O₄/H₂O的質量比和O₂的用量，能制備出高濃度的硝酸．

實際操作中，應控制N₂O₄/H₂O質量比高于5.11，對此請給出合理解釋2N₂O₄+2H₂O+O₂=4HNO₃，中N₂O₄/H₂O的質量比等于5.11，高于5.11是為了提高了N₂O₄的濃度，有利于平衡向正方向移動，得到高濃度的硝酸

Answer 1

分析 （1）①利用三段式求出2min平衡時氫氣的物質的量，體積變?yōu)?L，則濃度為原來的一半，再根據(jù)平衡轉化率求出第二次平衡時氫氣的濃度；
②催化劑能增大反應速率；
（2）①NaClO溶液和NH₃發(fā)生氧化還原反應生成氯化鈉和肼，根據(jù)反應物和生成物寫出反應方程式；
②電離方程式為N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-，根據(jù)K=$\frac{c（{N}_{2}{{H}_{5}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（{N}_{2}{H}_{4}）}$計算；
③依據(jù)蓋斯定律，結合題干中已知熱化學方程式計算N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）的反應熱；
（3）2N₂O₄+2H₂O+O₂=4HNO₃，反應中N₂O₄/H₂O的質量比等于5.11，高于5.11，則提高了N₂O₄的濃度，根據(jù)濃度對化學平衡移動的影響分析．

解答 解：（1）①0.6mo1氮氣和1.8mo1氫氣在恒溫、容積恒定為1L的密閉容器中反應生成氨氣，2min后達到平衡，氮氣的物質的量為0.3mo1
                     N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）
起始（mol）：0.6           1.8             0
轉化（mol）：0.3            0.9            0.6
平衡（mol）：0.3             0.9           0.6
在第25min時，保持溫度不變，將容器體積迅速增大至2L并保持恒容，則此時c（H₂）=$\frac{0.9mol}{2L}$=0.45mol/L；
體系達到平衡時N₂的總轉化率為38.2%，則轉化的氮氣為0.6mol×38.2%=0.2292mol；
                        N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）
起始（mol）：0.6             1.8             0
轉化（mol）：0.23           0.69        0.46
平衡（mol）：0.37          1.11         0.46
所以第二次平衡時c（H₂）=$\frac{1.11mol}{2L}$=0.555mol/L，
則第25min起H₂的物質的量濃度為0.45mol/L，平衡時為0.555mol/L，所以圖象為；
故答案為：；
②催化劑能增大反應速率，所以該反應體系未達到平衡時，催化劑對逆反應速率的影響是增大；
故答案為：增大；
（2）①該反應中，次氯酸鈉被氨氣含有生成氯化鈉，氨氣被氧化生成肼，同時還有水生成，所以該反應方程式為：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O；
故答案為：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O；
②電離方程式為N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-，室溫下其電離常數(shù)K₁≈1.0×10^-6，則0.01mol•L^-1N₂H₄水溶液中c（N₂H₅⁺）≈c（OH^-），
K=$\frac{c（{N}_{2}{{H}_{5}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（{N}_{2}{H}_{4}）}$=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{0.01}$=1.0×10^-6，所以c（OH^-）=10^-4mol/L，則c（H⁺）=10^-10mol/L，則溶液的pH=10；
故答案為：10；
③已知：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H₁
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₂
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃
4NH₃（g）+O₂（g）=2N₂H₄（l）+2H₂O（l）△H₄
由蓋斯定律可知，N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=$\frac{3}{2}$△H₂-△H₁-$\frac{1}{2}$△H₄；
故答案為：$\frac{3}{2}$△H₂-△H₁-$\frac{1}{2}$△H₄；
（3）由NO₂轉化為HNO₃的工藝圖可知，N₂O₄與水、氧氣反應生成硝酸，2N₂O₄+2H₂O+O₂=4HNO₃，反應中N₂O₄/H₂O的質量比等于5.11，當高于5.11，則提高了N₂O₄的濃度，有利于平衡向正方向移動，得到高濃度的硝酸；
故答案為：2N₂O₄+2H₂O+O₂=4HNO₃，中N₂O₄/H₂O的質量比等于5.11，高于5.11是為了提高了N₂O₄的濃度，有利于平衡向正方向移動，得到高濃度的硝酸．

點評 本題考查了化學平衡的有關計算、電離常數(shù)及其計算、蓋斯定律的應用、工藝流程圖的分析應用等，題目難度中等，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力和計算能力．