Question

【題目】氮及其化合物如NH3及銨鹽、N2H4、N2O4等在中學化學、化工工業(yè)、國防等領域占有重要地位。

（1）發(fā)射航天火箭常用肼(N2H4)與N2O4作燃料與助燃劑。肼(N2H4)與N2O4的反應為2N2H4(1)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g) △H = -1077 kJ/mol

已知相關反應的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

則使1 mol N2O4(g)分子中化學鍵完全斷裂時需要吸收的能量是__________ 。

（2）N2O4與NO2之間存在反應N2O4(g)2NO2(g)。將一定量的N2O4放入恒容密閉容器中，測得其平衡轉化率[α(N2O4)]隨溫度的變化如圖所示。

①由圖推測該反應△H_______0（填“>”或“<”），理由為______________ 。

②圖中a點對應溫度下，己知N2O4的起始壓強p0為108 kPa，則該溫度下反應的平衡常數(shù)為：Kp=_____________（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數(shù),取四位有效數(shù)字）。

③在一定條件下，該反應N2O4、NO2的消耗速率與自身壓強間存在關系：v(N2O4)=k1p(N2O4)，v(NO2)=k2p2(NO2)，其中k1、k2是與反應溫度有關的常數(shù)。相應的速率－壓強關系如圖所示，一定溫度下，k1、k2與平衡常數(shù)Kp的關系是k1=________，在下圖標出的點中，能表示反應達到平衡狀態(tài)的點為______。

（3）電解NO2制備NH4NO3，其工作原理如圖所示。

①陽極的電極反應式為_______________________。

②為使電解產物全部轉化為NH4NO3，需補充物質A，則A的化學式為___________。

Answer 1

【答案】 1941 kJ > 溫度升高，α（N2O4）增加，說明平衡右移。該反應為吸熱反應，△H>0 115.2KPa B點與D點 NO2-e-+H2O=NO3-+2H+ NH3

【解析】（1）根據(jù)反應的焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能計算；

（2）①根據(jù)溫度對平衡狀態(tài)的影響結合圖象分析判斷焓變；

②根據(jù)反應方程式計算平衡時體系中N2O4和NO2的分壓，代入化學平衡常數(shù)表達式計算分壓平衡常數(shù)；

③當達到化學平衡時滿足v正=v逆，據(jù)此求算化學平衡常數(shù)表達式，根據(jù)消耗速率2v（N2O4）=v（NO2）判斷化學平衡的點；

（3）①電解池陽極發(fā)生氧化反應，根據(jù)原理圖分析，NO2在陽極失去電子轉化為NO3-，據(jù)此寫出陽極的電極反應式；

②根據(jù)反應式判斷A物質。

（1）△H=8E（N-H）+2E（N-N）+E（N2O4）-3E（N≡N）-8（O-H）=-1077kJ/mol，將表中數(shù)據(jù)帶入即可解得E（N2O4）=1941kJ/mol，即使1 mol N2O4(g)分子中化學鍵完全斷裂時需要吸收的能量是1941kJ；

（2）①根據(jù)圖象分析，隨著溫度升高，N2O4的平衡轉化率增大，說明升高溫度有利于反應正向進行，所以焓變△H＞0；

②N2O4與NO2之間存在反應N2O4(g)2NO2(g)，a點起始時N2O4的壓強為108kPa，N2O4的平衡轉化率為40%，則

N2O4(g)2NO2(g)

起始量（mol） 1 0

轉化量（mol） 0.4 0.8

平衡量（mol） 0.6 0.8

則平衡時壓強為1.4p0

所以反應的分壓平衡常數(shù)為Kp=p2(NO2)/p(N2O4)=；

③當達到化學平衡時滿足v正=v逆，即消耗速率2v（N2O4）=v（NO2），又有v（N2O4）=k1p（N2O4），v（NO2）=k2p2（NO2），則k1、k2與平衡常數(shù)Kp的關系為k1=；根據(jù)2v（N2O4）=v（NO2），則可以表示化學平衡的點為B點和D點；

（3）①電解池陽極發(fā)生氧化反應，根據(jù)原理圖分析，NO2在陽極失去電子轉化為NO3-，則陽極的電極反應式為：NO2-e-+H2O=NO3-+2H+；

②陰極反應式為NO2+7e-+8H+＝NH4++2H2O，產生多余的H+，為使NO2電解全部轉化為NH4NO3，則需要反應掉H+產生NH4+，所以加入的A物質應為NH3。