Question

许多含氮物质是农作物生长的营养物质。

（1）肼(N₂H₄)、N₂O₄常用于航天火箭的发射。已知下列反应：

①N₂(g)+O₂(g) =2NO(g)  ΔH=+180kJ·mol^－1

②2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)  ΔH=－112kJ·mol^－1

③2NO₂(g)N₂O₄(g)  ΔH=－57kJ·mol^－1

④2N₂H₄(g)+N₂O₄(g) =3N₂(g)+4H₂O(g)  ΔH=－1136kJ·mol^－1

则N₂H₄与O₂反应生成氮气与水蒸气的热化学方程式为_________________。

（2）一定温度下，向某密闭容器中充入1 mol NO₂，发生反应：2NO₂(g)N₂O₄(g)，测得反应体系中气体体积分数与压强之间的关系如图所示：

①a、b、c三点逆反应速率由大到小的顺序为_______。平衡时若保持压强、温度不变，再向体系中加入一定量的Ne，则平衡_______移动(填“正向”“逆向”或“不”)。

②a点时NO₂的转化率为___________，用平衡分压代替平衡浓度也可求出平衡常数K_p，则该温度下K_p=________Pa^－1。

（3）已知在一定温度下的可逆反应N₂O₄(g)2NO₂(g)中，v_正=k_正c(N₂O₄)，v_逆=k_逆c²(NO₂)(k_正、k_逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K=10，则k_正=______k_逆。升高温度，k_正增大的倍数_______(填“大于”“小于”或“等于”)k_逆增大的倍数。

（4）氨气是合成众多含氮物质的原料，利用H₂－N₂—生物燃料电池，科学家以固氮酶为正极催化剂、氢化酶为负极催化剂，X交换膜为隔膜，在室温条件下即实现了合成NH₃的同时还获得电能。其工作原理图如下：

则X膜为___________交换膜，正极上的电极反应式为______________________。

Answer

N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-562.5kJ·mol－1 c>b>a 逆向 66.7% 600/p0 10 大于 质子 N2+6e-+6H+=2NH3

【解析】

根据盖斯定律进行反应热的计算；根据勒夏特列原理判断平衡的移动及平衡常数的相关计算；根据原电池原理书写电极反应式。

(1)由盖斯定律知（①+②+③+④）/2即可得到N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-562.5kJ·mol－1，

故答案为N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-562.5kJ·mol－1；

(2)①由图知，a点到c点的过程中，N2O4的体积分数不断增大，故逆反应速率不断增大。一定温度下，保持压强不变，加入稀有气体，相当于降低压强，故平衡向左移动；

②a点时，设消耗了xmolNO2，则生成0.5xmolN2O4，剩余（1-x）molNO2，1-x=0.5x，x=2/3mol，此时NO2的转化率为66.7%，平衡时p(N2O4)=0.96p0，p(NO2)=0.04p0，由此可求出Kp=600/p0；

故答案为c>b>a；逆向；66.7%；600/p0；

(3)当反应达到平衡时，v正=v逆，即k正∙c(N2O4)=k逆∙c2(NO2)。k正=k逆∙c2(NO2)/c(N2O4)=k逆∙K=10k逆；该反应是吸热反应，升高温度，平衡向正方向移动，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数，

故答案为10；大于；

(4)由图知，正极上N2转化为NH3时需要结合氢离子，故负极上生成的H+应移向正极，X膜为质子交换膜或阳离子交换膜，N2在正极上得到电子后转化为NH3，

故答案为质子；N2+6e-+6H+=2NH3。