Question

20．氮可形成多種氧化物，如NO、NO₂、N₂O₄等．
（1）電解NO制備NH₄NO₃，其工作原理如圖所示，為使電解產物全部轉化為NH₄NO₃，需補充物質A，A是NH₃，理由是：根據反應：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，電解產生的硝酸多，需補充NH₃．
（2）實驗室可用NaOH溶液吸收NO₂，反應為2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O．含0.2mol NaOH的水溶液與0.2mol NO₂恰好完全反應得1L溶液A，溶液B為0.1mol/L的CH₃COONa溶液，則兩溶液中c（NO₃?）、c（NO₂?）和c（CH₃COO?）由大到小的順序為c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（CH₃COO^-）（已知HNO₂的電離常數K_a=7.1×10^-4mol/L，CH₃COOH的電離常數K_a=1.7×10^-5mol/L）．可使溶液A和溶液B的pH相等的方法是bc．
a．向溶液A中加適量水       b．向溶液A中加適量NaOH
c．向溶液B中加適量水       d．向溶液B中加適量NaOH
（3）100℃時，將0.400mol 的NO₂氣體充入2L抽空的密閉容器中，發生反應2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0．每隔一定時間就對該容器內的物質進行分析，得到如下表所示數據．

時間/s	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.40	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.05	n2	0.08	0.08

①在上述條件下，從反應開始直至20s時，二氧化氮的平均反應速率為0.15mol/（L．min）；n₃=n₄（填“＞”、“＜”或“=”），該反應的平衡常數的值為2.8．
②若在相同條件下，最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，達到上述同樣的平衡狀態，則N₂O₄的起始濃度是0.1mol/L；假設從放入N₂O₄到平衡時需要80s，則達到平衡時四氧化二氮的轉化率為60%．

Answer 1

分析 （1）電解NO制備NH₄NO₃，由圖可知，乙為陽極反應為：5NO-15e^-+10H₂O=5NO₃^-+20H⁺，甲為陰極反應為：3NO+15e^-+18H⁺=3NH₄⁺+3H₂O，電池總反應方程式為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃；
（2）0.2mol NaOH的水溶液與0.2mol NO₂恰好完全反應得1L溶液A，由2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O，得到溶液A中NaNO₃物質的量濃度為0.1mol/L，NaNO₂物質的量為0.1mol/L；
HNO₂的電離常數K_a=7.1×10^-4mol•L^-1，CH₃COOH的電離常數K_a=1.7×10^-5mol•L^-1，說明CH₃COOH酸性小于HNO₂的酸性，溶液中醋酸根離子水解程度小于亞硝酸根離子水解程度，溶液B堿性大于A溶液；
（3）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂O₄），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（NO₂）；
60min、80min時N₂O₄的物質的量相等，說明60min時，反應到達平衡；
平衡時，N₂O₄的濃度為$\frac{0.08mol}{2L}$=0.04mol/L，NO₂的濃度是$\frac{0.4mol}{2L}$-0.04mol/L×2=0.12mol/L，再根據K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$計算平衡常數；
②若在相同條件下，最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，達到上述同樣的平衡狀態，為等效平衡，則N₂O₄完全轉化可以得到0.4molNO₂，平衡時N₂O₄的物質的量相等．

解答 解：（1）電解NO制備NH₄NO₃，由圖可知，乙為陽極反應為：5NO-15e^-+10H₂O=5NO₃^-+20H⁺，甲為陰極反應為：3NO+15e^-+18H⁺=3NH₄⁺+3H₂O，電池總反應方程式為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，電解產生的硝酸多，需補充NH₃，
故答案為：NH₃；根據反應：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，電解產生的硝酸多，需補充NH₃；
（2）0.2mol NaOH的水溶液與0.2mol NO₂恰好完全反應得1L溶液A，由2NO₂+2NaOH═NaNO₃+NaNO₂+H₂O，得到溶液A中NaNO₃物質的量濃度為0．mol/L，NaNO₂物質的量為0.1mol/L，溶液B為0.1mol•L^-1的CH₃COONa溶液；
HNO₂的電離常數K_a=7.1×10^-4mol•L^-1，CH₃COOH的電離常數K_a=1.7×10^-5mol•L^-1，說明CH₃COOH酸性小于HNO₂的酸性，溶液中醋酸根離子水解程度小于亞硝酸根離子水解程度，溶液B堿性大于A溶液，兩溶液中c（NO₃^-）、c（NO₂^-）和c（CH₃COO^-）由大到小的順序為c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（CH₃COO^-），
a．溶液B堿性大于A溶液，向溶液A中加適量水，稀釋溶液，堿性減弱，不能調節溶液pH相等，故a錯誤；
b．向溶液A中加適量NaOH，增大堿性，可以調節溶液pH相等，故b正確；
c．向溶液B中加適量水，稀釋溶液堿性減弱，可以調節溶液pH相等，故c正確；
d．溶液B堿性大于A溶液，向溶液B中加適量NaOH，溶液pH更大，故d錯誤；
故答案為：c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（CH₃COO^-）；bc．
（3）①20s內v（N₂O₄）=$\frac{\frac{0.05mol}{2L}}{\frac{1}{3}min}$=0.075mol/（L．s），速率之比等于化學計量數之比，v（NO₂）=2v（N₂O₄）=0.15mol/（L．min）；
60min、80min時N₂O₄的物質的量相等，說明60min時，反應到達平衡，所以n₃=n₄；
平衡時，N₂O₄的濃度為$\frac{0.08mol}{2L}$=0.04mol/L，NO₂的濃度是$\frac{0.4mol}{2L}$-0.04mol/L×2=0.12mol/L，故平衡常數K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0.04}{0.1{2}^{2}}$=2.8，
故答案為：0.15；=；2.8；
②若在相同條件下，最初向該容器充入的是N₂O₄氣體，達到上述同樣的平衡狀態，為等效平衡，則N₂O₄完全轉化可以得到0.4molNO₂，則N₂O₄的起始物質的量為$\frac{1}{2}$×0.4mol=0.2mol，N₂O₄的起始濃度為$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L，平衡時N₂O₄的物質的量為0.08mol，故N₂O₄的轉化率為$\frac{0.2mol-0.08mol}{0.2mol}$×100%=60%，
故答案為：0.1；60%．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、化學平衡常數、鹽類水解、離子濃度大小比較、電解原理等知識，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及靈活應用基礎知識的能力，需要學生具備扎實的基礎與靈活應用能力，難度中等．