Question

【題目】氮及其化合物如NH3及銨鹽、N2H4、N2O4等在中學(xué)化學(xué)、化工工業(yè)、國防等領(lǐng)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(yīng)為2N2H4（g）+N2O4（g）═3N2（g）+4H2O（g） △H= -1077kJmol-1

已知相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下表所示：

化學(xué)鍵	N-H	N-N	N≡N	O-H
E/（kJmol-1）	390	190	946	460

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

（2）N2O4與NO2之間存在反應(yīng)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(zhuǎn)化率[a(N2O4)]隨溫度的變化如圖所示。

①由圖推測該反應(yīng)的△H ___0（填“>”或“<”），理由為________________。

②圖中a點對應(yīng)溫度下，已知N2O4的起始壓強po為108 kPa，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_________（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

③在一定條件下，該反應(yīng)N2O4、NO2的消耗速率與自身壓強間存在關(guān)系v( N2O4)=k1p(N2O4)，v(NO2)=k2p2(NO2)，其中k1、k2是與反應(yīng)溫度有關(guān)的常數(shù)。相應(yīng)的速率壓強關(guān)系如圖所示，一定溫度下，k1、k2與平衡常數(shù)Kp的關(guān)系是k1=___________，在下左圖上標(biāo)出的點中，能表示反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的點為__________（填字母代號）。

（3）電解NO2制備NH4NO3，其工作原理如圖所示。

①陽極的電極反應(yīng)式為________________________________________。

②為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補充某種化合物A，則A的化學(xué)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(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H>0115.2KPaB點與D點NO2-e-+H2O=NO3-+2H+NH3

【解析】

根據(jù)反應(yīng)的焓變＝反應(yīng)物總鍵能－生成物總鍵能計算。根據(jù)圖像分析，隨著溫度升高，四氧化二氮的平衡轉(zhuǎn)化率增大，說明升高溫度有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，據(jù)此判斷焓變。根據(jù)反應(yīng)方程式計算平衡時體系中的四氧化二氮和二氧化氮的分壓，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算分壓平衡常數(shù)即可。電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)原理分析，二氧化氮在陽極變?yōu)橄跛岣�離子，陰極為二氧化氮變?yōu)殇@根離子，根據(jù)電子守恒分析硝酸根離子和銨根離子的物質(zhì)的量的關(guān)系，并分析使二氧化氮電解全部轉(zhuǎn)化為硝酸銨需要將剩余的氫離子轉(zhuǎn)化為銨根離子，據(jù)此分析Ａ物質(zhì)。

(1) 假設(shè)1mol N2O4(g)分子中化學(xué)鍵完全斷裂時需要吸收的能量為xkJ，△H =2×（190+390×4）+x-946×3-460×8=-1077，計算x=1941 kJ； (2) ①根據(jù)圖像分析，隨著溫度升高，α（N2O4）增加，說明平衡右移。該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H>0 ；②四氧化二氮與二氧化氮之間存在反應(yīng)，a點起始時四氧化二氮的壓強為108kPa，四氧化二氮的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則平衡時p(N2O4)=po (1-40%),p(NO2)= po ×40%×2，所以反應(yīng)的分壓平衡常數(shù)為 115.2KPa； ③當(dāng)達(dá)到平衡時滿足正逆反應(yīng)速率相等，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(guān)系為Kp= 。根據(jù)2v( N2O4)= v(NO2)，則可以表示化學(xué)平衡的點為B點與D點。 (3) ①電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)原理圖分析，二氧化氮在陽極失去電子轉(zhuǎn)化為硝酸根離子，則陽極的電極反應(yīng)為 NO2-e-+H2O=NO3-+2H+；②陰極反應(yīng)為二氧化氮變成銨根離子，電極反應(yīng)為NO2+7e-+8H+ =NH4++2H2O，產(chǎn)生多余的氫離子，為了使二氧化氮電解全部轉(zhuǎn)化為硝酸銨，則需要反應(yīng)掉H+產(chǎn)生銨根離子，所以加入的A物質(zhì)為NH3。