Question

17．NO₂壓縮成N₂O₄可作火箭燃料中的氧化劑，也可制備硝化試劑N₂O₅等．
（1）火箭燃料燃燒反應如下：
2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）═3N₂（g）+4H₂O（l）△H，若1.00g N₂H₄（l）與足量N₂O₄（l）完全反應生成N₂（g）和H₂O（l），放出19.10kJ的熱量．則反應△H=-1222.4kJ•mol^-1
（2）在2L密閉容器內，投入一定量NO₂，發生下列反應：2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g）．
在三種不同的條件下進行實驗，NO₂的濃度隨時間的變化如圖1所示．

請回答下列問題：
①不能說明該反應已達到平衡狀態的是a（填字母）．
a．2v_正（NO₂）=v_逆（O₂）　 b．NO₂濃度不變    c．氣體總壓不變　d．NO的體積分數保持不變
②下列說法正確的是ad（填字母）．
a．800℃時，該反應的平衡常數為0.25　
b．實驗Ⅱ和實驗Ⅰ相比，可能隱含的條件是：實驗Ⅰ使 用了效率更高的催化劑
c．該反應是放熱反應
d．實驗Ⅰ條件下反應的平衡常數等于實驗Ⅱ條件下反應 的平衡常數
e．該反應的△S＞0，故該反應一定是自發反應
③實驗Ⅱ從反應開始到剛達到平衡時，v（NO）=0.0125mol•L^-1•min^-1；若再向該2L密閉容器中通 入1mol NO₂、1mol NO、0.5mol O₂，則NO₂的轉化率將減小（填“增大”、“減小”或“不變”）
（3）利用NO₂或N₂O₄可制備N₂O₅，原理如圖2所示．N₂O₅在電解池的陽極區生成，其電極反應為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）計算2molN₂H₄反應放出的熱量，可得該反應的△H，反應放熱，焓變符號為“-”，單位為kJ/mol；
（2）①a．不同物質表示的正逆速率之比等于化學計量數之比，反應到達平衡；
b．平衡時c（NO₂）濃度不變是平衡標志；
c．隨反應進行，壓強增大，氣體總壓不變說明到達平衡；
d．平衡時各組分的含量不變；
②a．計算平衡時各組分的濃度，代入平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$計算；
b．實驗Ⅱ和實驗Ⅰ相比，反應速率加快，平衡時二氧化氮的濃度相等，不影響平衡移動；
c．升高溫度，平衡時二氧化氮的濃度減小，說明升高溫度平衡向正反應移動；
d．平衡常數隨溫度變化；
e．升高溫度平衡向正反應移動，正反應為吸熱反應，當△G=△H-T△S＜0，反應自發進行；
③根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO₂），利用速率之比等于化學計量數之比計算v（O₂）；
計算濃度商Qc，與平衡常數比較判斷反應方向，若Qc=K，處于平衡狀態，Qc＜K，向正反應進行，Qc＞K，向逆反應進行；
（3）利用NO₂或N₂O₄可制備N₂O₅，N元素發生氧化反應，則N₂O₅在電解池的陽極區生成，由圖可知，陽極上是 N₂O₄失去電子，在HNO₃條件下生成N₂O₅，根據電荷守恒可知有H⁺生成．

解答 解：（1）1.00g N₂H₄完全反應放出19.14kJ的熱量，則2molN₂H₄反應放出的熱量為19.10kJ×$\frac{2mol×32g/mol}{1g}$=1222.4kJ，故該反應的△H=-1222.4kJ/mol，
故答案為：-1222.4；
（2）①a．v_正（NO₂）=2v_逆（O₂），則v_逆（NO₂）=v_正（NO₂），反應處于平衡狀態，2v_正（NO₂）=v_逆（O₂），不能說明反應達到平衡狀態，故a選；
b．平衡時c（NO₂濃度不變，反應達到平衡狀態，故b不選；
c．隨反應進行，壓強增大，氣體總壓不變說明到達平衡，故c不選；
d．生成物NO的體積分數不變，說明反應到達平衡，故d不選，
故選：a；
②a．800℃時，平衡時二氧化氮的濃度為0.5mol/L，則：
2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g）
起始量（mol/L）：1 0 0
變化量（mol/L）：0.5 0.5 0.25
平衡量（mol/L）：0.5 0.5 0.25
800℃時平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0．{5}^{2}×0.25}{0．{5}^{2}}$=0.25，故a正確；
b．實驗Ⅱ和實驗Ⅰ相比，反應速率加快，平衡時二氧化氮的濃度相等，不影響平衡移動，不能是升高溫度或增大壓強，實驗Ⅱ可能使用了效率更高的催化劑，故b錯誤；
c．升高溫度，平衡時二氧化氮的濃度減小，說明升高溫度平衡向正反應移動，而升高溫度平衡向吸熱反應移動，故正反應為吸熱反應，故c錯誤；
d．平衡常數隨溫度變化，實驗Ⅰ和實驗Ⅱ溫度相同，實驗Ⅰ條件下反應的平衡常數等于實驗Ⅱ條件下反應的平衡常數，故d正確；
e．升高溫度平衡向正反應移動，正反應為吸熱反應，△H＞0，正反應為熵減的反應，△S＜0，而△G=△H-T△S＞0反應不能自發進行，故f錯誤，
故選：ad；
③v（NO₂）=$\frac{1mol/L-0.5mol/L}{20min}$=0.025mol/（L．min），速率之比等于化學計量數之比，v（NO）=v（NO₂）=0.025mol/（L．min），
若再向該2L密閉容器中通 入1mol NO₂、1mol NO、0.5mol O₂，濃度商Qc═0.5＞K=0.25，反應向逆反應進行，NO2轉化率減小，
故答案為：0.0125mol/（L．min）；減小；
（3）利用NO₂或N₂O₄可制備N₂O₅，N元素發生氧化反應，則N₂O₅在電解池的陽極區生成，由圖可知，陽極上是 N₂O₄失去電子，在HNO₃條件下生成N₂O₅，根據電荷守恒可知有H⁺生成，電極反應式為：N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，
故答案為：陽極；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

點評 本題考查化學平衡計算、平衡狀態判斷、平衡常數計算與應用、反應熱計算、電解原理等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．