Question

氮元素可形成多种化合物，在工业生产中具有重要价值。 请回答下列问题：

（1）已知拆开1molH－H 键，1molN－H键， 1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，则N₂与H₂反应合成NH₃的热化学方程式为 ______________________。

（2）一定温度下，2L密闭容器中充入0.40 mol N₂O₄，发生反应：N₂O₄(g)2NO₂(g)，一段时间后达到平衡，测得数据如下：

时间／s	20	40	60	80	100
C(NO2)/(mol/L)	0．12	0．20	0．26	0．30	0.30

①20 s内，v(NO₂)=___________mol·L^-1·s^-1。

②升高温度时，气体颜色加深，则正反应是_________(填“放热”或“吸热”)反应。

③该温度下反应的化学平衡常数数值为_____________。

④相同温度下，若开始向该容器中充入0.80molNO₂，则达到平衡后: c(NO₂) ______ 0．30mol·L^-1(填“>”、 “=”或“<”)

（3）N₂O₅是一种新型硝化剂，其性质和制备受人们关注。现以 H₂、O₂、熔融盐 Z(Na₂CO₃)组成的燃料电池电解制备N₂O₅，装置如图所示，其中Y为CO₂。

①写出石墨I电极上发生反应的电极反应式 _____________________________；

②在电解池中生成N₂O₅的电极反应式为 ____________________________

Answer

（1）N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH＝-92kJ·mol－1

（2）①0.006； ②吸热； ③1.8 ； ④＝。

（3）①H2+CO－2e－=CO2+H2O； ②N2O4+2HNO3－2e－=2N­2O5+2H+

【解析】

试题分析：（1）在反应N2+3H2⇌2NH3中，断裂3molH-H键，1molN三N键共吸收的能量为3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2molNH3，共形成6molN-H键，放出的能量为6×391kJ=2346kJ，吸收的能量少，放出的能量多，该反应为放热反应，放出的热量为2346kJ-2254kJ=92kJ，N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为，N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92kJ•mol-1；

（2）①20s时NO2的浓度为0.12mol/L，则20s内用二氧化氮表示的平均反应速率v(NO2)=0.12mol/L÷20s=0.006mol•L-1•s-1；

②升高温度时，气体颜色加深，说明升温后平衡向着正向移动，则正反应为吸热反应；

③根据表中数据可知，80s后二氧化氮的浓度不再变化，则80s开始已经达到平衡状态，初始时N2O4的浓度为：c(N2O4)=0.4mol÷2L=0.20mol/L，

N2O4(g)⇌2NO2(g)

开始0.20mol/L 0

转化 0.15mol/L 0.3mol/L

平衡 0.05mol/L 0.3mol/L

该反应在该温度下的平衡常数K==1.8；

④容器容积不变，在相同温度下，若开始时向该容器中充入的是0.80molN2O4，相当于加入了0.40molN2O4，与原平衡互为等效平衡，所以达到平衡时二氧化氮浓度与原平衡时二氧化氮的浓度相等，都是0.30mol/L；

（3）①燃料原电池中，负极上燃料失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为H2+CO32--2e-=CO2+H2O；

②N2O5中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N2O5，即在阳极区域生成，据电极反应离子放电顺序可知：阴极发生2H++2e-=H2↑的反应，则阳极为N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+。

【考点定位】考查热化学方程式的书写方法、化学平衡的计算，涉及化学反应速计算、反应热判断、化学平衡常数的计算、等效平衡等。

【名师点睛】化学反应中，化学键断裂吸收能量，形成新化学键放出能量，根据方程式计算分别吸收和放出的能量，以此计算反应热并判断吸热还是放热；燃料原电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，负极上燃料失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水；先根据化合价判断生成N2O5的电极，N2O5中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N2O5，即在阳极区域生成，再根据离子的放电顺序写出电极反应式；据此分析解题。