Question

13．氮的氧化物種類較多，有N₂O、NO、N₂O₃、NO₂、N₂O₄、N₂O₅等，他們應(yīng)用廣泛．
（1）N₂O是人類最早應(yīng)用于醫(yī)療的麻醉劑之一．它可由NH₄NO₃在加熱條件下分解產(chǎn)生，此反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄NO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂O↑+2H₂O．已知N₂O與CO₂分子具有相似的結(jié)構(gòu)，試畫出N₂O的結(jié)構(gòu)式N=N=O．
（2）N₂O₄可作火箭高能燃料N₂H₄的氧化劑．
已知：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-akJ•mol^-1；N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-bkJ•mol^-1；
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+ckJ•mol^-1；（a、b、c均大于0）．
寫出氣態(tài)腁在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水的熱化學(xué)方程式2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-（c-a+2b）kJ•mol^-1．
（3）平衡常數(shù)K可用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)分壓表示，即K表達(dá)式中用平衡分壓代替平衡濃度，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)（例如p（NO₂）=p_總×x（NO₂））．寫出反應(yīng)2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-akJ•mol^-1平衡常數(shù)K_p表達(dá)式$\frac{x（{N}_{2}{O}_{4}）}{{P}_{總}(cāng)•{x}^{2}（N{O}_{2}）}$（用p_總、各氣體物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x表示）．
（4）新型綠色硝化劑N₂O₅可以N₂O₄為原料用電解法制備，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．則電極B接直流電源的負(fù)極，電解池中生成N₂O₅的電極反應(yīng)式為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
（5）可用氨水吸收NO₂、O₂生成硝酸銨，寫出該反應(yīng)的離子方程式4NH₃•H₂O+4NO₂+O₂=4NH₄⁺+4NO₃^-+2H₂O．
已知25℃時(shí)NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=2×10^-5，向500ml0.1mol•L^-1硝酸銨溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下至少5.6ml氨氣，是溶液呈中性（溶液的體積變化忽略不計(jì)）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子相等結(jié)合原子守恒確定另一種生成物，寫出相應(yīng)的反應(yīng)方程式；N₂O與CO₂具有相似的結(jié)構(gòu)，應(yīng)為直線形分子，且存在N=O鍵，相同原子間形成的共價(jià)鍵是非極性共價(jià)鍵；
（2）由①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+ckJ/mol
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-b  kJ/mol
③2NO₂（g?N₂O₄（g）△H=-akJ/mol
根據(jù)蓋斯定律可知②×2-①-③得熱化學(xué)方程式；
（3）p（NO₂）=p_總×x（NO₂），p（N₂O₄）=p_總×x（N₂O₄），據(jù)此寫出平衡常數(shù)表達(dá)式；
（4）由N₂O₄制取N₂O₅需要是失電子，所以N₂O₅在陽(yáng)極區(qū)生成，A為陽(yáng)極，B為陰極；
（5）氨水吸收NO₂、O₂生成硝酸銨，結(jié)合原子守恒配平書寫化學(xué)方程式，溶液呈中性，依據(jù)電荷守恒計(jì)算可知，溶液中氫氧根離子濃度=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-），結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)算．

解答 解：（1）該反應(yīng)中化合價(jià)變化為：NH₄NO₃→N₂O，N元素由-3價(jià)→+1價(jià)，一個(gè)N原子失去4個(gè)電子，由+5價(jià)→+1價(jià)，一個(gè)N原子得4個(gè)電子，所以得失電子數(shù)的最小公倍數(shù)為4，所以硝酸銨的計(jì)量數(shù)為1，根據(jù)原子守恒確定另一種生成物為H₂O，然后根據(jù)原子守恒配平其它元素，所以該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NH₄NO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂O↑+2H₂O，N₂O與CO₂具有相似的結(jié)構(gòu)，應(yīng)為直線形分子，且存在N=O鍵，N₂O分子中氧原子只與一個(gè)氮原子相連，應(yīng)為N=N=O結(jié)構(gòu)，
故答案為：NH₄NO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂O↑+2H₂O； N=N=O；
（2）由①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+ckJ/mol
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-b  kJ/mol
③2NO₂（g?N₂O₄（g）△H=-akJ/mol
根據(jù)蓋斯定律可知②×2-①-③得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），△H=-（c-a+2b）kJ/mol，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-（c-a+2b）kJ•mol^-1 ；
（3）2NO₂（g）?N₂O₄（g），p（NO₂）=p_總×x（NO₂），p（N₂O₄）=p_總×x（N₂O₄），Kp=$\frac{{P}_{總}(cāng)×x（{N}_{2}{O}_{4}）}{（{P}_{總}(cāng)×x（N{O}_{2}））^{2}}$=$\frac{x（{N}_{2}{O}_{4}）}{{P}_{總}(cāng)•{x}^{2}（N{O}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{x（{N}_{2}{O}_{4}）}{{P}_{總}(cāng)•{x}^{2}（N{O}_{2}）}$；
（4）從電解原理來(lái)看，N₂O₄制備N₂O₅為氧化反應(yīng)，則N₂O₅應(yīng)在陽(yáng)極區(qū)生成，A電極為陽(yáng)極，反應(yīng)式為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，B為陰極與電源負(fù)極相連，
故答案為：負(fù)；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺；
（5）氨水吸收NO₂、O₂生成硝酸銨，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4NH₃•H₂O+4NO₂+O₂=4NH₄⁺+4NO₃^-+2H₂O，已知25℃時(shí)NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=2×10^-5，向500ml0.1mol•L^-1硝酸銨溶液中通入氨氣溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-），Kb=$\frac{1{0}^{-7}×0.1}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=2×10^-5，c（NH₃•H₂O）=$\frac{1{0}^{-8}}{2×1{0}^{-5}}$=5×10^-4mol/L，n（NH₃）=5×10^-4mol/L×0.5L=2.5×10^-4mol，
標(biāo)準(zhǔn)狀況下氨氣體積=2.5×10^-4mol×22.4L/mol=0.056L=56ml，
故答案為：4NH₃•H₂O+4NO₂+O₂=4NH₄⁺+4NO₃^-+2H₂O； 5.6；

點(diǎn)評(píng) 本題涉及熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡移動(dòng)、化學(xué)計(jì)算、電解原理等知識(shí)點(diǎn)，主要是蓋斯定律計(jì)算、氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移、電離平衡常數(shù)計(jì)算等，題目難度中等．