Question

18．工業(yè)上利用N₂和H₂可以合成NH₃，NH₃又可以進(jìn)一步制備聯(lián)氨（N₂H₄）等．
（1）火箭常用N₂H₄作燃料，N₂O₄作氧化劑．已知：
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ•mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ•mol^-1
NO₂（g）?$\frac{1}{2}$N₂O₄（g）△H=-26.35kJ•mol^-1
試寫出氣態(tài)聯(lián)氨在氣態(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=-1083kJ•mol^-1．
（2）聯(lián)氨--空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%～30%的氫氧化鉀溶液．該電池放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為O₂ +4e^-+2H₂O=4OH^-．
（3）在300℃時(shí)，改變起始反應(yīng)物中氫氣的物質(zhì)的量對(duì)反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0的影響如圖所示．
①請(qǐng)?jiān)趫D中畫出400℃時(shí)對(duì)應(yīng)的圖象．
②在a、b、c三點(diǎn)中，H₂的轉(zhuǎn)化率最高的是a（填字母）．
（4）硝酸工業(yè)生產(chǎn)中的尾氣可用純堿溶液吸收，有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)為：2NO₂+Na₂CO₃═NaNO₂+NaNO₃+CO₂，NO+NO₂+Na₂CO₃═2NaNO₂+CO₂．
若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下有NO、NO₂的混合氣體（不考慮N₂O₄）恰好與50mL 1． 0mol•L^-1的Na₂CO₃溶液反應(yīng)完全，且生成NaNO₂和NaNO₃的物質(zhì)的量的比為4：1，則在混合氣體中NO氣體的體積分?jǐn)?shù)為多少？（請(qǐng)寫出計(jì)算過程）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以合適的系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訙p，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減；
（2）燃料電池的正極是燃料空氣中的氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，即O₂ +4e^-+2H₂O=4OH^-；
（3）①溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，升高溫度化學(xué)平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)氨氣的平衡百分含量減少；
②化學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率的考查，對(duì)多種物質(zhì)參加反應(yīng)，改變其中一種物質(zhì)，對(duì)另一物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的影響；
（4）由反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系知，反應(yīng)過程中鈉元素守恒，設(shè)NaNO₂和NaNO₃的物質(zhì)的量分別為4a mol和a mol，
則4a+a=50mL×10^-3mL•L^-1×1.0 mol•L^-1×2，
解得：a=0.02 mol，
則2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂，
0.04mol 0.02mol 0.02mol
NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂
0.03mol 0.03mol 0.06mol
于是，推出NO、NO₂的物質(zhì)的量分別為：0.03 mol、0.07 mol，由此分析解答．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ•mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ•mol^-1
③NO₂（g）?$\frac{1}{2}$N₂O₄（g）△H=-26.35kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②×2-①-③×2得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-534.0kJ•mol^-1）-67.7kJ•mol^-1-2×（-26.35kJ•mol^-1）=-1083kJ•mol^-1，
故熱化學(xué)方程式為2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083kJ•mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083kJ•mol^-1；
（2）燃料電池的正極是燃料空氣中的氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，1mol氧氣得到4mol電子，結(jié)合2mol電子生成4molOH^-，故答案為：O₂ +4e^-+2H₂O=4OH^-；
（3）①正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以當(dāng)溫度升高時(shí)氨氣的含量降低，故圖象為，故答案為：．
②在可逆反應(yīng)A+B?C中增加一種反應(yīng)物A的量，等于提高另一種反應(yīng)物B的轉(zhuǎn)化率，而A本身的轉(zhuǎn)化率反而降低，所以氫氣的量越小，H₂的轉(zhuǎn)化率最高，故答案為：a；
（4）由反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系知，反應(yīng)過程中鈉元素守恒，設(shè)NaNO₂和NaNO₃的物質(zhì)的量分別為4a mol和a mol，
則4a+a=50mL×10^-3mL•L^-1×1.0 mol•L^-1×2，
解得：a=0.02 mol，
則2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂，
0.04mol 0.02mol 0.02mol
NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂
0.03mol 0.03mol 0.06mol
于是，推出NO、NO₂的物質(zhì)的量分別為：0.03 mol、0.07 mol，
即：NO所占的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{0.03}{0.1}$×100%=30%．
答：NO的體積分?jǐn)?shù)為30%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查利用蓋斯定律進(jìn)行反應(yīng)熱計(jì)算、燃料電池電極反應(yīng)方程式的書寫，以及化學(xué)平衡原理的考查，也體現(xiàn)了利用所學(xué)課本知識(shí)能夠?qū)W以致用，該題基礎(chǔ)性強(qiáng)，難度中等，注意電極反應(yīng)式的書寫，為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)．