Question

4．聯氨（N₂H₄）及其衍生物是一類重要的火箭燃料．N₂H₄與N₂O₄反應能放出大量的熱．
（1）已知：2NO₂（g）?N₂O₄（g），N₂O₄為無色氣體．
①在上述條件下反應能夠自發進行，則反應的△H＜0（填寫“＞”、“＜”、“=”）
②一定溫度下，在密閉容器中反應2NO₂（g）═N₂O₄（g）達到平衡，達到平衡狀態的標志BDE．
A用NO₂、N₂O₄的物質的量濃度變化表示的反應速率之比為2：1的狀態
B單位時間內生成n mol N₂O₄的同時生成2nmolNO₂
C 混合氣體的密度不再改變的狀態
D混合氣體的顏色不再改變的狀態
E混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態
③其他條件不變時，下列措施能提高NO₂轉化率的是BC（填字母）
A 減小NO₂的濃度    B 降低溫度    C 增大壓強   D 升高溫度
（2）25℃時，0.1molN₂H₄（l）與足量N₂O₄（l）完全反應生成N₂（g）和H₂O（l），放出61.25kJ的熱量．請寫出該反應的熱化學方程式：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1225kJ/mol．
（3）17℃、1.01×10⁵Pa，往10L密閉容器中充入NO₂，達到平衡時，n（NO₂）=2.0mol，
n（N₂O₄）=1.6mol．則反應初始時，充入NO₂的物質的量濃度為0.52mol/L；NO₂的轉化率為61.5%；該溫度下該反應的平衡常數K為4；該溫度下反應N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常數K為0.25．

Answer 1

分析 （1）①△H-T△S＜0的反應能夠自發進行；
②可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等（同種物質）或正逆反應速率之比等于系數之比（不同物質），平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
③平衡正向移動可以通過反應物的轉化率；
（2）根據熱化學方程式的意義以及熱化學方程式的書寫方法來寫；
（3）依據反應方程式計算出反應初始時充入NO₂的物質的量濃度，再根據c=$\frac{n}{V}$計算出二氧化氮的初始濃度；根據轉化率=$\frac{反應消耗量}{反應初始量}$×100%計算出二氧化氮的轉化率；根據K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{c（N{O}_{2}）^{2}}$計算出該反應的平衡常數；逆反應的平衡常數和正反應的平衡常數成倒數計算該溫度下反應N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常數K．

解答 解：（1）△H-T△S＜0的反應能夠自發進行，該反應△S＜0，若反應能夠自發進行，△H必須小于0，
故答案為：＜；
②A．速率之比等于化學計量數之比，不能說明反應達到平衡狀態，故A錯誤；
B．生成n mol N₂O₄的同時生成2nmolNO₂，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，故B正確；
C．密度始終不變，所以密度不變不能說明反應達到平衡狀態，故C錯誤；
D．顏色不變，說明二氧化氮的濃度不變，反應達到平衡狀態，故D正確；
E．平均相對分子質量不再改變，說明氣體物質的量不變，反應達到平衡狀態，故E正確；
答案為：BDE；
③A．減小二氧化氮的濃度，平衡逆向移動，NO₂轉化率減小，故A錯誤；
B．降低溫度平衡向正向移動，NO₂轉化率增大，故B正確；
C．增大壓強平衡正向移動，NO₂轉化率增大，故C正確；
D．升高溫度，平衡逆向移動，NO₂轉化率減小，故D錯誤；
答案為：BC；
（2）1molN₂H₄（l）與足量N₂O₄（l）完全反應生成N₂（g）和H₂O（l），放612.5kJ的熱量，其熱化學方程式為：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1225kJ/mol，
故答案為：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1225kJ/mol；
（3）17℃、1.01×10⁵Pa，往10L密閉容器中充入NO₂，達到平衡時n（NO₂）=2.0mol，n（N₂O₄）=1.6mol，根據反應2NO₂（g）?N₂O₄（g）可知反應初始時，充入NO₂的物質的量為：2.0mol+1.6mol×2=5.2mol，則充入NO₂的物質的量濃度為：$\frac{5.2mol}{10L}$=0.52mol/L；
平衡時消耗二氧化氮的物質的量為1.6mol×2=3.2mol，則NO₂的轉化率為：$\frac{3.2mol}{5.2mol}$≈61.5%；
該反應的平衡常數為：K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{c（N{O}_{2}）^{2}}$=$\frac{\frac{1.6}{10}}{（\frac{2.0}{10}）^{2}}$=4；
該溫度下反應N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常數K′=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{c（N{O}_{2}）^{2}}$=$\frac{1}{K}$=0.25mol/L，
故答案為：0.52mol/L；61．%；4；0.25．

點評 本題考查較為綜合，題目難度中等，涉及化學平衡常數、轉化率的計算、熱化學方程式書寫、反應自發進行的判斷、化學平衡及其影響等知識，明確化學平衡常數的概念及表達式為解答關鍵，注意掌握反應自發進行的判斷方法，試題培養了學生的分析、理解能力及靈活應用能力．