Question

10．2015年3月，全國“兩會”代表委員就我國“霧霾”治理積極建言獻策．科學家研究表明氮氧化物與懸浮在大氣中的鹽粒子相互作用時能產生“二次霧霾”，涉及的反應有：
2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）      K₁ （Ⅰ）
2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）                K₂ （Ⅱ）
回答下列問題：
（1）寫出反應（Ⅰ）的平衡常數表達式K₁=$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$．
（2）恒溫恒容條件下，反應（Ⅱ）達到平衡的標志是ab．
a．體系壓強保持不變             b．混合氣體顏色保持不變
c．NO和ClNO的物質的量相等    d．每消耗0.1mol NO的同時消耗0.05mol Cl₂
（3）為研究不同條件對反應（Ⅱ）的影響，恒溫時向2L密閉容器中加入 0.2mol NO和0.1molCl₂：
①在恒容條件下反應10min達到平衡，測得10min內v（ClNO）=7.5×10^-3 mol•L^-1•min^-1，則NO的平衡轉化率α₁=75%．
②在恒壓條件下建立平衡時NO的轉化率為α₂，則α₂＞α₁（填“＞”“＜”或“=”），平衡常數K₂不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）工業上可通過電解NO制備NH₄NO₃，其工作原理如圖所示，陰極反應式為NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O；為使電解產物全部轉化為NH₄NO₃，需補充氣體物質A，A的化學式是NH₃．
（5）NO₂可助偏二甲肼（C₂H₈N₂）燃燒，產生的巨大能量能把火箭送入太空．已知6.0g液態偏二甲肼與液態NO₂完全反應生成N₂、CO₂、H₂O（g）放出225.0kJ的熱量．寫出該反應的熱化學方程式C₂H₈N₂（l）+4NO₂（l）═3N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-2250.0kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）依據化學平衡常數概念，結合反應化學方程式書寫平衡常數，平衡常數等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積；
（2）反應達到正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，以及選項的分析判斷，原則為變量不變證明反應達到平衡狀態；
（3）①依據平衡三段式列式計算，依據反應速率概念計算V=$\frac{△c}{△t}$、轉化率概念的計算，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
②反應（Ⅱ）在恒壓條件下進行，隨反應進行，氣體體積減小，為保持恒壓所以容器體積減小，壓強比恒容容器大，平衡正向進行，平衡時NO的轉化率α₂ 增大；平衡常數隨溫度變化，不隨濃度、壓強變化，平衡常數隨溫度變化；
（4）工業上電解NO制備 NH₄NO₃，由裝置圖可知陽極發生氧化反應，NO被氧化生成NO₃^-，陰極發生還原反應，NO被還原生成NH₄⁺，陽極反應為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，結合電極方程式解答該題；
（5）根據物質的物質的量與熱量成正比計算費用焓變，結合熱化學方程式的書寫方法標注物質聚集狀態和對應反應的焓變書寫．

解答 解：（1）2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），固體不寫入平衡常數表達式，反應的平衡常數K₁=$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
故答案為：$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$；
（2）恒溫恒容條件下，反應（Ⅱ）2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）是氣體體積減小的反應；
a．反應前后氣體物質的量減小，體系壓強保持不變，說明反應達到平衡狀態，故a正確；         
b．平衡狀態氯氣是黃綠色氣體，混合氣體顏色保持不變說明反應達到平衡狀態，故b正確；
c．NO和ClNO的物質的量相等是反應的定量關系，在反應過程中和平衡狀態下和起始量有關，不能說明反應達到平衡狀態，故c錯誤；
d．每消耗0.1mol NO的同時消耗0.05mol Cl₂，只能說明反應正向進行，不能說明正逆反應速率相同，故d錯誤；
故答案為：ab；
（3）①在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min時反應（Ⅱ）達到平衡，測得10min內v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，物質的量為7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，
                       2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
起始量（mol） 0.2            0.1              0
變化量（mol） 0.15        0.075           0.15
平衡量（mol） 0.05        0.025           0.15
則平衡后n（Cl₂）=0.025mol，
NO的轉化率α₁=$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
故答案為：75%；
②其他條件保持不變，反應（Ⅱ）在恒壓條件下進行，隨反應進行，氣體體積減小，為保持恒壓所以容器體積減小，壓強比恒容容器大，平衡正向進行，平衡時NO的轉化率α₂ 增大；平衡常數隨溫度變化，不隨濃度、壓強變化；
故答案為：＞； 不變；
（4）電解NO制備NH₄NO₃，陽極反應為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O，從兩極反應可看出，要使得失電子守恒，陽極產生的NO₃^-的物質的量大于陰極產生的NH₄⁺的物質的量，總反應方程式為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，因此若要使電解產物全部轉化為NH₄NO₃，需補充NH₃，
故答案為：NO+5e^-+6H⁺═NH₄⁺+H₂O； NH₃；
（5）6.0g即0.1mol液態偏二甲肼與足量的液態四氧化二化氮完全反應生成N₂（g）、CO₂（g）、H₂O（g）、放出225.0kJ的熱量，所以1mol液態偏二甲肼與足量的液態四氧化二化氮完全反應生成N₂（g）、CO₂（g）、H₂O（g）、放出2250kJ的熱量，則熱化學方程式為：C₂H₈N₂+2N₂O₄（l）=3N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-2250kJ/mol；
故答案為：C₂H₈N₂（l）+4NO₂（l）═3N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-2250.0kJ/mol．

點評 本題考查了化學平衡常數、化學平衡標志的分析應用，化學平衡轉化率計算，影響化學平衡因素分析，原電池原理應用，熱化學方程式書寫方法，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．