题目内容

5．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用．请回答下列问题：

（1）如图1是1mol NO2和1mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图（图中涉及物质均为气态），请写出NO2和CO反应的热化学方程式NO2（g）+CO（g）=CO2（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol-1．
（2）在0.5L的密闭容器中，充入一定量的氮气和氢气进行反应，三种气体的物质的量随时间的变化曲线如图2所示．则Y是H2，2min内N2的反应速率υ（N2）=0.1mol•L-1•min-1．
（3）硝酸工业在国民经济、国防工业和航天事业中占有重要地位．随着化学纤维、近代有机合成、火箭、导弹等工业的迅速发展，需要使用大量的硝酸．
①工业生产中用铂系金属作为催化剂，用氨氧化法制取硝酸．第一步反应为氨在催化剂作用下与氧气发生反应生成NO，写出反应化学方程式4NH3+5O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H2O．
②铜既能与稀硝酸反应，也能与浓硝酸反应，当铜与一定浓度硝酸反应时，可将方程式表示为：Cu+HNO3→Cu（NO3）2+NO↑+NO2↑+H2O（方程式未配平）．反应中还原产物是NO和NO2，0，.6mol Cu被硝酸完全溶解后，如果得到的NO和NO2物质的量相同，则得到标准状况下气体体积为13.44L．

分析 （1）先求出此反应的焓变，根据热化学方程式的书写规则再写出热化学方程式；
（2）根据氮气和氢气的反应之比，可知Y为氢气；根据化学反应速率计算公式分析；
（3）制备硝酸的第一步反应是氨的催化氧化生成一氧化氮和水；根据化合价分析还原产物；根据电子守恒求出气体的体积．

解答 解：（1）该反应的焓变△H=E1-E2=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，故答案为：NO2（g）+CO（g）=CO2（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol-1；
（2）根据氮气和氢气的反应之比，可知Y为氢气；2min内N2的反应速率υ（N2）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.1mol}{0.5L×2min}$=0.1mol•L-1•min-1；故答案为：H2、0.1mol•L-1•min-1；
（3）制备硝酸的第一步反应是氨的催化氧化生成一氧化氮和水，即4NH3+5O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H2O；硝酸中的氮元素化合价降低，故NO、NO2为还原产物；如果得到的NO和NO2物质的量相同，假设均为1mol，则氮元素的电子数为4．所以一参加反应的铜的物质的量为2mol，0.6mol Cu被硝酸完全溶解后，会生成0.3mol的一氧化氮和0.3mol二氧化氮，则得到标准状况下气体体积为22.4L/mol×0.6mol=13.44L；故答案为：①4NH3+5O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H2O，②NO和NO2、13.44．

点评 本题考查热化学方程式的书写，根据反应物和生成物总能量的大小求出反应热，难度中等．

练习册系列答案
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17．沸腾时只需克服范德华力的物质是（　　）
A．水B．CCl4C．氨水D．水银
18．A、B、C为中学常见单质，其中一种为金属；通常情况下，A为固体，B为液体，C为气体．D、E、F、G、H、X均为化合物，其中X是一种无氧强酸、E为黑色固体，H在常温下为液体．它们之间的转化关系如图所示（其中某些反应条件和部分反应产物已略去）．
（1）写出化学式：AFe、DFeBr3、EFe3O4、XHBr．
（2）在反应①～⑦中，不属于氧化还原反应的是③⑥（填编号）．
（3）D除了可与F反应得到一种血红色溶液外，还可与某有机物反应生成紫色物质，该有机物是苯酚（填名称）．
（4）反应⑦的化学方程式为3Fe+4H2O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe3O4+4H2；该反应中每消耗0.3mol的A，可转移电子0.8mol．
13．高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为Fe2O3（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO2（g）△H=a kJ•mol-1．
（1）已知：①Fe2O3+3C（石墨，s）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJ•mol-1②C（石墨，s）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJ•mol-1则a=-28.5kJ•mol-1．
（2）冶炼铁反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，温度升高后，K值减小（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（3）在T℃时，该反应的平衡常数K=64，在2L的恒容密闭容器甲和乙中，分别按照如表所示数据加入物质，反应经过一段时间后达到平衡．
 Fe2O3COFeCO2
甲/mol1.01.01.01.0
乙/mol1.02.01.01.0
①甲容器中CO的平衡转化率为60%．
②下列说法正确的是AB（填字母）
a．容器内气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态   
b．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的     
c．甲、乙两容器中，CO的平衡浓度之比为2：3   
d．增加Fe2O3的量可以提高CO的转化率
（4）采取一定措施可防止钢铁腐蚀．下列装置中的烧杯里盛有等浓度、等体积的NaCl溶液．
①在a～c装置中，能保护铁的是bc（填字母）．
②若用d装置保护铁，X极的电极材料应是锌（填名称）．
20．2013年12月15日4时搭载长征系列火箭的“玉兔号”顺利驶抵月球表面，实现了五星红旗耀月球的创举．火箭升空需要高能燃料，通常用肼（N2H4）作燃料，N2O4做氧化剂．请回答下列问题：
（1）已知：N2（g）+2O2（g）═2NO2（g）△H=+67.7kJ•mol-1
N2H4（g）+O2（g）═N2（g）+2H2O（g）△H=-534.0kJ•mol-1
2NO2（g）?N2O4（g）△H=-52.7kJ•mol-1
写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：2N2H4（g）+N2O4（g）=3N2（g）+4H2O（g）△H=-1083.0kJ•mol-1；
（2）工业上用次氯酸钠与过量的氨气反应制备肼，该反应的化学方程式为：NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O；
（3）工业上可以用下列反应原理制备氨气：2N2（g）+6H2O（l）?4NH3（g）+3O2（g）△H=Q kJ•mol-1
①已知该反应的平衡常数K与温度的关系如图1，则此反应的Q＞0（填“＞”“＜”或“=”）．
②若起始加入氮气和水，15分钟后，反应达到平衡，此时NH3的浓度为0.3mol/L，则用氧气表示的反应速率为0.015mol•L-1•min-1．
③常温下，如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达到平衡时，ABC（选填编号）．
A．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化      B． v（N2）：v（O2）=2：3
C．容器中气体的密度不随时间而变化                D．通入稀有气体能提高反应的速率
E．若向容器中继续加入N2，N2的转化率将增大
（4）最近华南理工大提出利用电解法制H2O2并以此处理废氨水，装置如图2．
①为不影响H2O2的产量，需要向废氨水加入适量硝酸调节溶液的pH约为5，则所得废氨水溶液中c（NH4+）＜c（NO3-）（填“＞”“＜”或“=”）；
②Ir-Ru惰性电极有吸附O2作用，该电极的电极反应为O2+2H++2e-═H2O2；
③理论上电路中每转移3mol电子，最多可以处理NH3•H2O的物质的量为1mol．
10．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：
2NO2（g）+NaCl（s）?NaNO3（s）+ClNO（g）  K1△H1＜0  （I）
2NO（g）+Cl2（g）?ClNO（g）               K2△H2＜0  （Ⅱ）
（1）4NO2（g）+2NaCl（s）?2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）的平衡常数K=$\frac{K{\;}_{1}{\;}^{2}}{K{\;}_{2}}$（用K1、K2表示）．
（2）为研究不同条件对反应（Ⅱ）的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl2，10min时反应（Ⅱ）达到平衡．测得10min内v（ClNO）=7.5×10-3mol•L-1•min-1，则平衡后n（Cl2）=0.025mol，NO的转化率α1=75%．其它条件保持不变，反应（II）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α2＞α1（填“＞”“＜”或“=”），平衡常数K2不变（填“增大”“减小”或“不变”）．
17．硫酸盐主要来自地层矿物质，多以硫酸钙、硫酸镁的形态存在，硫酸盐有着许多重要的应用．
（1）已知某温度下的四个反应：
①Na2SO4（s）═Na2S（s）+2O2（g）△H1
②C（s）+O2（g）═CO2（g）△H2=-394.0kJ/mol    
③2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H3=-221.5kJ/mol
④Na2SO4（s）+4C（s）═Na2S（s）+4CO（g）△H4=+569.0kJ/mol；回答下列问题：
＜1＞反应①中△H1=+1012.0kJ/mol；反应①中反应物（Na2SO4）的总能量比生成物（Na2S、O2）的总能量低（填“高”或“低”）
＜2＞工业上利用反应④制备Na2S时，往往会采取下列两种措施：
a．加入过量的炭，目的是保证Na2SO4得到充分反应或提高Na2SO4的利用率
b．通入适量的空气，目的是C和CO与空气中的氧气反应，放出的热量维持反应④所需的能量
（2）高温时，用CO还原MgSO4可制备高纯的MgO．
＜1＞750℃时，测得反应后的气体中含等物质的量SO2和SO3．写出该条件下反应的化学方程式2MgSO4+CO$\frac{\underline{\;750℃\;}}{\;}$2MgO+SO2+SO3+CO2
＜2＞目前已经制成“镁--次氯酸盐”燃料电池，其工作原理如右图所示，该电池反应的化学方程程式为Mg+ClO-+H2O=Cl-+Mg（OH）2
（3）PbSO4难溶于水但可溶解于醋酸溶液，你认为下列原因中最有可能的是①③⑤（填序号）
①醋酸铅可溶于水      
②醋酸铅属于强电解质
③醋酸铅属于弱电解质  
 ④醋酸是弱酸，所以醋酸能与PbSO4反应
⑤醋酸铅在水中形成电离平衡时的c（Pb2+）小于PbSO4形成溶解平衡时的c（Pb2+）
14．标准状况下有①6.72LCH4 ②3.01×1023个HCl ③13.6gH2S ④0.2molNH3，下列对四种气体的关系从小到大表示不正确的是（　　）
A．体积    ④＜①＜②＜③B．密度    ①＜④＜③＜②
C．质量    ④＜①＜③＜②D．氢原子数  ②＜④＜③＜①
15．以天然气为原料合成甲醇常见的方法有水煤气和目前正在开发的直接氧化法
（I）有关热化学方程式如下：
水煤气法：
CH4（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）+2H2（g）△H1=-35.4kJ•mol-1
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2=-90.1kJ•mol-1；
直接氧化法：
2CH4（g）+O2（g）?2CH3OH（g）△H3=-251kJ•mol-1．
（2）工业废气二氧化碳催化加氢也可合成甲醇：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），△H．在密闭容器中投入1molCO2和2.75mol H2在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示．
①二氧化碳合成甲醇正反应的△H＜（填“＞”“＜”或“=”，下同）．
②M、N两点时化学反应速率：v（N）＜v（M）．
③为提高CO2的转化率除可改变温度和压强外，还可采取的措施是增大氢碳比
④图中M点时，容器体积为10L，则N点对应的平衡常数K=1.04（填数值，保留2位小数）．
（3）一定条件下，向容积不变的某密闭容器中加入a molCO2和b mol H2发生反应CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），欲使整个反应过程中CO2的体积分数为恒定值，则a与b的关系是a=b．

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