Question

14．氮單質及其化合物在自然界及人類的活動中有著重要的作用．已知下列反應（其中K為平衡常數）：
N₂（g）+0₂（g）?2NO（g）△H₁ K₁ （Ⅰ）
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂、K₂ （Ⅱ）
2N₂H₄（l）+2NO₂（g）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H₃ K₃ （Ⅲ）
（1）肼（N₂H₄）是一種可燃性液體；可作火箭燃料，其反應可表示為N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₄ K₄，則平衡常數K₄=$\sqrt{{K}_{1}．{K}_{2}．{K}_{3}}$（用K₁、K₂、K₃表示），△H₄==$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}+△{H}_{3}}{2}$（用△H₁、△H₂、△H₃表示）．
（2）在機動車內燃機氣缸中進行上述反應（Ⅰ），一定溫度下，向容積為2L的密閉容器中通入2.00mol N₂和2.00mol O₂，經2h反應達到平衡，測得c（NO）=0.04 mol•L^-1.2h內反應速率v（O₂）=0.01mol•L^-1•h^-1，N₂的平衡轉化率α=2%，該溫度下，反應的平衡常數K=0.0017．
在該溫度下，向容積為10L的密閉容器中通入2.94×10^-3mol NO，2.50×10^-1molN₂，4.00×10^-2mol O₂，此時反應（Ⅰ）b（填字母序號）．
a．達到平衡狀態       b．向正反應方向進行
c．向逆反應方向進行   d．無法判斷
（3）常溫下，將0.1mol•L^-1 N₂H₄•H₂O溶液（肼與氨類似）與0.1 mol•L^-1 HCl溶液等體積混合（忽略混合后溶液體積的變化），若測得混合溶液的pH=6，則混合溶液中由水電離出的c（H⁺）=10^-6mol•L^-1，溶液中N₂H₅⁺，Cl^-，OH^-，H⁺的濃度大小關系為c（Cl^-）＞c（N₂H₅⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）將方程式$\frac{I+II+III}{2}$得N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₄=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}+△{H}_{3}}{2}$，K₄=$\sqrt{{K}_{1}．{K}_{2}．{K}_{3}}$；
（2）v（NO）=$\frac{△c（NO）}{△t}$=$\frac{0.04mol/L}{2h}$=0.02mol/（L．h），反應速率之比等于計量數之比，據此計算氧氣反應速率；
         N₂（g）+0₂（g）?2NO（g）
開始（mol/L）1.0    1.0      0
反應（mol/L）0.02   0.02     0.04
平衡（mol/L）0.98     0.98    0.04
氮氣轉化率=$\frac{0.02mol/L}{1.0mol/L}×100%$；
化學平衡常數K=$\frac{0.0{4}^{2}}{0.9{8}^{2}}$；
在該溫度下，向容積為10L的密閉容器中通入2.94×10^-3mol NO，2.50×10^-1molN₂，4.00×10^-2mol O₂，則c（NO）=2.94×10^-4mol/L、c（N₂）=2.50×10^-2mol/L、c（O₂）=4.00×10^-3mol/L，根據濃度商和化學平衡常數相對大小判斷反應方向；
（3）二者恰好反應生成強酸弱堿鹽，弱離子陽離子水解導致溶液呈酸性，根據電荷守恒判斷離子濃度大小順序．

解答 解：（1）將方程式$\frac{I+II+III}{2}$得N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₄=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}+△{H}_{3}}{2}$，K₄=$\sqrt{{K}_{1}．{K}_{2}．{K}_{3}}$，
故答案為：$\sqrt{{K}_{1}．{K}_{2}．{K}_{3}}$；=$\frac{△{H}_{1}+△{H}_{2}+△{H}_{3}}{2}$；
（2）v（NO）=$\frac{△c（NO）}{△t}$=$\frac{0.04mol/L}{2h}$=0.02mol/（L．h），反應速率之比等于計量數之比，則v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（NO）=$\frac{1}{2}$×0.02mol/（L．h）=0.01mol/（L．h）；
         N₂（g）+0₂（g）?2NO（g）
開始（mol/L）1.0    1.0      0
反應（mol/L）0.02   0.02     0.04
平衡（mol/L）0.98     0.98    0.04
氮氣轉化率=$\frac{0.02mol/L}{1.0mol/L}×100%$=2%；
化學平衡常數K=$\frac{0.0{4}^{2}}{0.9{8}^{2}}$=0.0017；
在該溫度下，向容積為10L的密閉容器中通入2.94×10^-3mol NO，2.50×10^-1molN₂，4.00×10^-2mol O₂，則c（NO）=2.94×10^-4mol/L、c（N₂）=2.50×10^-2mol/L、c（O₂）=4.00×10^-3mol/L，濃度商=$\frac{2.94×1{0}^{-4}×2.94×1{0}^{-4}}{2.5×1{0}^{-2}×4×1{0}^{-3}}$=8.6×10^-4＜K，則平衡正向移動；
故答案為：0.01；2%；0.0017；b；
（3）二者恰好反應生成強酸弱堿鹽，溶液中氫離子全部來自于水電離，所以該溶液中水電離出的c（H⁺）=10^-6mol/L，弱離子陽離子水解導致溶液呈酸性，則c（H⁺）＞c（OH^-），鹽類水解較微弱，根據電荷守恒得c（N₂H₅⁺）＜c（Cl^-），則離子濃度大小順序是c（Cl^-）＞c（N₂H₅⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案為：10^-6；c（Cl^-）＞c（N₂H₅⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．

點評 本題考查較綜合，涉及鹽類水解、化學平衡常數有關計算、蓋斯定律等知識點，為高頻考點，難點是平衡移動方向判斷，注意利用濃度商與化學平衡常數相對大小判斷反應方向，題目難度不大．