Question

氮的化合物是重要的工业原料，也是主要的大气污染来源，研究氮的化合物的反应具有重要意义。回答下列问题：

(1)肼(N₂H₄)与四氧化二氮分别是火箭发射器中最常用的燃料与氧化剂。已知3.2g液态肼与足量液态四氧化二氮完全反应，生成氮气和液态水放出热量61. 25 kJ，则该反应的热化学方程式为____。

(2)尾气中的NO₂可以用烧碱溶液吸收的方法来处理，其中能生成NaNO₂等物质，该反应的离子方程式为____。

(3)在773 K时，分别将2.00 mol N₂和6.00 mol H₂充入一个固定容积为1 L的密闭容器中发生反应生成NH₃，气体混合物中c(N₂)、c(H₂)、c(NH₃)与反应时间(t)的关系如图所示。

①下列能说明反应达到平衡状态的是____（选填字母）。

a．v正(N₂)=3v逆(H₂)            b．体系压强不变

c．气体平均相对分子质量不变    d．气体密度不变

②在此温度下，若起始充入4. 00 mol N₂和12. 00 mol H₂，则反应刚达到平衡时，表示 c(H₂)～t的曲线上相应的点为 ___（选填字母）。

(4)在373 K时，向体积为2L的恒容真空容器中充入0.40mol NO₂，发生如下反应：

测得NO₂的体积分数[φ(NO₂)]与反应时间(t)的关系如下表：

t/min	0	20	40	60	80
φ（NO2）	1.0	0.75	0.52	0.40	0.40

①计算0～20min时，v(N₂O₄)=____。

②已知该反应，其中k₁、k₂为速率常数，则373K时，=_____；改变温度至T₁时，k₁=k₂，则T₁___ 373 K（填“>”“<”或“=”）。

Answer

2N2H4(l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(l) ΔH=-1225 kJ·mol-1 2NO2 + 2OH- = NO2-+ NO3 -+H2O bc B 2×10−3mol/(L·min) 60 ＞

【解析】

（1）根据题干信息计算反应热并书写热化学方程式；（2）根据氧化还原反应原理及题干信息书写反应方程式；（3）根据平衡状态的特点判断是否达到平衡状态，并用平衡移动原理及等效平衡思想分析解答；（4）由速率之比等于化学计量数之比计算反应速率，根据平衡常数的表达式及平衡移动原理分析解答。

（1）3.2g液态肼完全反应放出热量为61. 25 kJ，则2mol液态肼完全反应时放出的热量为：，则该反应的热化学方程式为：2N2H4(l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(l) ΔH=-1225 kJ·mol-1，故答案为：2N2H4(l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(l) ΔH=-1225 kJ·mol-1；

（2）题干信息产物有NaNO2，根据氧化还原反应原理，N元素化合价既降低又升高，发生的是歧化反应，所以还有产物NaNO3，根据原子守恒判断产物中还有水，则反应方程式为：2NO2 + 2OH- = NO2-+ NO3 -+H2O，故答案为：2NO2 + 2OH- = NO2-+ NO3 -+H2O；

（3）①反应为：N2+3H22NH3

a．v正(N2) =1/3v正(H2)=3v逆(H2)，正逆反应速率不相等，没有达到平衡状态，故错误； b．反应为气体体积减小的反应，体系压强不变，说明反应物和生成的浓度保持不变，反应达到平衡状态，故正确；

c．气体平均相对分子质量数值上等于气体总质量比上总物质的量，根据质量守恒反应前后气体总质量不变，平均相对分子质量不变，说明总物质的量不变，说明达到平衡状态，故正确；

d．气体总质量不变，体积不变，所以气体密度始终不变，不能说明达到平衡状态，故错误，故答案为：bc；

②起始充入4. 00 mol N2和12. 00 mol H2，相当于将充入2.00 mol N2和6.00 mol H2的两个容器“压缩”为一个容器，假设平衡不移动，根据图示分析知平衡时c(H2)=6mol/L，而“压缩”后平衡正向移动，则平衡时3mol/L ＜c(H2)＜6mol/L，且达到平衡的时间缩短，故对应点为B，故答案为：B；

（4）①设20min时，反应掉的NO2为2x，则：

20min时，NO2的体积分数为0.75，所以，解得x=0.08，所以反应20min时，消耗NO2的物质的量为0.08×2mol=0.16mol，0∼20min内，NO2的消耗速率为，根据化学计量比等于反应速率之比，则v(N2O4)=1/2v(NO2)=2×10−3mol/(L·min)，故答案为：2×10−3mol/(L·min)；

②反应达到平衡时有v正=v逆，即v(NO2)=2v(N2O4)，达到平衡时，NO2的体积分数为0.40，即，解得x=0.15，所以化学平衡常数为，则有，所以；

改变温度至T1时k1=k2，由于k1=2K·k2，则K=，平衡常数减小，考虑到反应为放热反应，温度升高，不利于反应正向进行，所以温度应为升高，即T1>373K，故答案为：60；>。