题目内容
【题目】氮元素可形成多种化合物,在工业生产中具有重要价值。 请回答下列问题:
(1)已知拆开1molH-H 键,1molN-H键, 1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ,则N2与H2反应合成NH3的热化学方程式为 ______________________。
(2)一定温度下,2L密闭容器中充入0.40 mol N2O4,发生反应:N2O4(g)2NO2(g),一段时间后达到平衡,测得数据如下:
时间/s | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
C(NO2)/(mol/L) | 0.12 | 0.20 | 0.26 | 0.30 | 0.30 |
①20 s内,v(NO2)=___________mol·L-1·s-1。
②升高温度时,气体颜色加深,则正反应是_________(填“放热”或“吸热”)反应。
③该温度下反应的化学平衡常数数值为_____________。
④相同温度下,若开始向该容器中充入0.80molNO2,则达到平衡后: c(NO2) ______ 0.30mol·L-1(填“>”、 “=”或“<”)
(3)N2O5是一种新型硝化剂,其性质和制备受人们关注。现以 H2、O2、熔融盐 Z(Na2CO3)组成的燃料电池电解制备N2O5,装置如图所示,其中Y为CO2。
①写出石墨I电极上发生反应的电极反应式 _____________________________;
②在电解池中生成N2O5的电极反应式为 ____________________________
【答案】(1)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-92kJ·mol-1
(2)①0.006; ②吸热; ③1.8 ; ④=。
(3)①H2+CO-2e-=CO2+H2O; ②N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+
【解析】
试题分析:(1)在反应N2+3H22NH3中,断裂3molH-H键,1molN三N键共吸收的能量为3×436kJ+946kJ=2254kJ,生成2molNH3,共形成6molN-H键,放出的能量为6×391kJ=2346kJ,吸收的能量少,放出的能量多,该反应为放热反应,放出的热量为2346kJ-2254kJ=92kJ,N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为,N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92kJmol-1;
(2)①20s时NO2的浓度为0.12mol/L,则20s内用二氧化氮表示的平均反应速率v(NO2)=0.12mol/L÷20s=0.006molL-1s-1;
②升高温度时,气体颜色加深,说明升温后平衡向着正向移动,则正反应为吸热反应;
③根据表中数据可知,80s后二氧化氮的浓度不再变化,则80s开始已经达到平衡状态,初始时N2O4的浓度为:c(N2O4)=0.4mol÷2L=0.20mol/L,
N2O4(g)2NO2(g)
开始0.20mol/L 0
转化 0.15mol/L 0.3mol/L
平衡 0.05mol/L 0.3mol/L
该反应在该温度下的平衡常数K==1.8;
④容器容积不变,在相同温度下,若开始时向该容器中充入的是0.80molN2O4,相当于加入了0.40molN2O4,与原平衡互为等效平衡,所以达到平衡时二氧化氮浓度与原平衡时二氧化氮的浓度相等,都是0.30mol/L;
(3)①燃料原电池中,负极上燃料失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水,电极反应式为H2+CO32--2e-=CO2+H2O;
②N2O5中氮元素的化合价是+5价,而硝酸中氮元素也是+5价.因此应该在左侧生成N2O5,即在阳极区域生成,据电极反应离子放电顺序可知:阴极发生2H++2e-=H2↑的反应,则阳极为N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+。