Question

氮及其化合物如NH₃及铵盐、N₂H₄、N₂O₄等在中学化学、化工工业、国防等领域占有重要地位。

(1)发射航天火箭常用肼(N₂H₄)与N₂O₄作燃料与助燃剂。肼(N₂H₄)与N₂O₄的反应为

2N₂H₄ (g)+ N₂O₄(g)==3N₂(g)+4H₂O(g)    △H=-1077 kJ·mol^-1。

已知相关反应的化学键键能数据如下表所示：

化学键	N－H	N－N		O－H
E/(kJ·mol^－1)	390	190	946	460

①使1 mol N₂O₄(g)分子中化学键完全断裂时需要吸收的能量是________________。

②下列能说明2N₂H₄ (g)+ N₂O₄(g)==3N₂(g)+4H₂O(g) △H  达平衡状态的是________

a.混合气体的平均相对分子质量不变     b.V（N₂）=3V（ N₂O₄）

c.N₂H₄的质量保持不变                d. △H不再变化

(2)N₂O₄与NO₂之间存在反应N₂O₄(g) 2NO₂(g)。将一定量的N₂O₄放人恒容密闭容器中，测得其平衡转化率[α(N₂O₄)]随温度的变化如下图所示。

①由图推测该反应的△H_______0(填>”或“<”)，理由为____________________________。

②图中a点对应温度下，已知N₂O₄的起始压强p₀为108 kPa，则该温度下反应的平衡常数Kp＝________________ (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

(3)电解NO₂制备NH₄NO₃，其工作原理如下图所示。

①阴极的电极反应式为____________________________________________________。

②为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充某种化合物——物质A，则A的化学式为________________。

Answer

1941kJ ac ＞ 温度升高，α（ N2O4）增加，说明平衡右移，该反应为吸热反应，△H＞0 115.2 8H++NO2+7e-=NH4++2H2O NH3

【解析】

（1）①根据△H=反应物的键能之和-生成物的键能之和计算；

②只有反应前后改变的物理量才能作为判断化学平衡的依据，反应前后不改变的物理量不能作为化学平衡的判断依据。

（2）①根据图知，升高温度转化率增大，升高温度平衡向吸热方向移动；
②设原来四氧化二氮的物质的量为xmol，计算出平衡时NO2，N2O4的物质的量，根据相同条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比进行计算；

(3)根据阳极升失氧，阴极降得还，确定电极反应，结合电极方程式解答该题。

（1）①设1mol N2O4（g）完全分解成相应的原子时需要吸收的能量QKJ，则：
190kJ/mol×2+390kJ/mol×8+QkJ/mol-946kJ/mol×3-460kJ/mol×8=-1077 kJ/mol，
解得Q=1941KJ；

正确答案：1941KJ。

②a．根据方程式可看出反应为气体物质的量变化的反应，总质量不变，则平均相对分子质量在未达到平衡时，一直在变化，当混合气体的平均相对分子质量不变了，说明反应达到了平衡状态，故a正确；

b．没有说速率的正逆，无法判断，故b不正确；

c．N2H4作为反应物，当质量不在变化，说明反应达到了平衡状态，故c正确；

d．不管是否达到平衡，△H始终是定值，故d不正确；

正确答案：ac。

（2）①根据图知，升高温度转化率增大，升高温度平衡向吸热方向移动，则正反应是吸热反应；

正确答案：＞ 温度升高，α（ N2O4）增加，说明平衡右移，该反应为吸热反应，△H＞0。
②四氧化二氮的转化率是0.4，设原来四氧化二氮的物质的量为xmol，转化生成NO2的物质的量为0.8xmol，则混合气体的物质的量=（x-0.4x+0.8x）mol=1.4xmol，相同条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，所以=，得反应后压强=108kPa×1.4=151.2

kPa，四氧化二氮的分压=151.2KPa×0.6x/1.4x=64.8kPa，二氧化氮的分压=151.2KPa×0.8x/1.4x=86.4KPa，化学平衡常数K===115.2。

正确答案:115.2。

(3)电解NO2制备NH4NO3，，阳极反应为NO2-e-+H2O=NO3-+2H+，阴极反应为：NO2+7e-+8H+=NH4++2H2O，总反应方程式为：8NO2+5H2ONH4NO3+6HNO3，因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充NH3；

正确答案：8H++NO2+7e-=NH4++2H2O NH3。