Question

【题目】氨气及其相关产品是基本化工原料，在化工领域中具有重要的作用。

（1）以铁为催化剂，0.6mol氮气和1.8mol氢气在恒温、容积恒定为1L的密闭容器中反应生成氨气，20min后达到平衡，氮气的物质的量为0.3mol。

①在第25min时，保持温度不变，将容器体积迅速增大至2L并保持恒容，体系达到平衡时N2的总转化率为38.2%，请画出从第25min起H2的物质的量浓度随时间变化的曲线_____。

②该反应体系未达到平衡时，催化剂对逆反应速率的影响是_____（填增大、减少或不变）。

（2）①N2H4是一种高能燃料，有强还原性，可通过NH3和NaClO反应制得，写出该制备反应的化学方程式______________________。

②N2H4的水溶液呈弱碱性，室温下其电离常数K1=1.0×10-6，则0.01 mol·L－1 N2H4水溶液的pH等于__________（忽略N2H4的二级电离和H2O的电离）。

③已知298K和101KPa条件下：

N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g) ΔH1

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(l) ΔH2

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH3

4NH3(g)+O2(g)＝2N2H4(l)+2H2O(I) ΔH4

则N2H4(l)的标准燃烧热ΔH＝_______。

（3）科学家改进了NO2转化为HNO3的工艺（如虚框所示），在较高的操作压力下，提高N2O4/H2O的质量比和O2的用量，能制备出高浓度的硝酸。

实际操作中，应控制N2O4/H2O质量比高于5.11，对此请给出合理解释______________。

Answer 1

【答案】 增大 NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O 10 △H2-△H1-△H4 2N2O4+2H2O+O2=4HNO3，中N2O4/H2O的质量比等于5.11，高于5.11是为了提高了N2O4的浓度，有利于平衡向正方向移动，得到高浓度的硝酸。

【解析】(1)①0.6mo1氮气和1.8mo1氢气在恒温、容积恒定为1L的密闭容器中反应生成氨气，2min后达到平衡，氮气的物质的量为0.3mo1

N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

起始(mol)：0.6 1.8 0

转化(mol)：0.3 0.9 0.6

平衡(mol)：0.3 0.9 0.6

在第25min时，保持温度不变，将容器体积迅速增大至2L并保持恒容，则此时c(H2)==0.45mol/L；体系达到平衡时N2的总转化率为38.2%，则转化的氮气为0.6mol×38.2%=0.2292mol；

N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

起始(mol)：0.6 1.8 0

转化(mol)：0.230.69 0.46

平衡(mol)：0.37 1.11 0.46

所以第二次平衡时c(H2)==0.555mol/L，则第25min起H2的物质的量浓度为0.45mol/L，平衡时为0.555mol/L，所以图象为；故答案为：；

②催化剂能增大反应速率，所以该反应体系未达到平衡时，催化剂对逆反应速率的影响是增大，故答案为：增大；

(2)①该反应中，次氯酸钠被氨气含有生成氯化钠，氨气被氧化生成肼，同时还有水生成，所以该反应方程式为：NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O；故答案为：NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O；

②电离方程式为N2H4+H2ON2H5++OH-，室温下其电离常数K1≈1.0×10-6，则0.01molL-1N2H4水溶液中c(N2H5+)≈c(OH-)，K===1.0×10-6，所以c(OH-)=10-4mol/L，则c(H+)=10-10mol/L，则溶液的pH=10，故答案为：10；

③已知：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H1 ，2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H2 ，2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H3 ，4NH3(g)+O2(g)=2N2H4(l)+2H2O(l)△H4，由盖斯定律可知，N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)△H=△H2-△H1-△H4，故答案为：△H2-△H1-△H4；

(3)由NO2转化为HNO3的工艺图可知，N2O4与水、氧气反应生成硝酸，2N2O4+2H2O+O2=4HNO3，反应中N2O4/H2O的质量比等于5.11，当高于5.11，则提高了N2O4的浓度，有利于平衡向正方向移动，得到高浓度的硝酸，故答案为：2N2O4+2H2O+O2=4HNO3，中N2O4/H2O的质量比等于5.11，高于5.11是为了提高了N2O4的浓度，有利于平衡向正方向移动，得到高浓度的硝酸。