Question

17．NO₂压缩成N₂O₄可作火箭燃料中的氧化剂，也可制备硝化试剂N₂O₅等．
（1）火箭燃料燃烧反应如下：
2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）═3N₂（g）+4H₂O（l）△H，若1.00g N₂H₄（l）与足量N₂O₄（l）完全反应生成N₂（g）和H₂O（l），放出19.10kJ的热量．则反应△H=-1222.4kJ•mol^-1
（2）在2L密闭容器内，投入一定量NO₂，发生下列反应：2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g）．
在三种不同的条件下进行实验，NO₂的浓度随时间的变化如图1所示．

请回答下列问题：
①不能说明该反应已达到平衡状态的是a（填字母）．
a．2v_正（NO₂）=v_逆（O₂）　 b．NO₂浓度不变    c．气体总压不变　d．NO的体积分数保持不变
②下列说法正确的是ad（填字母）．
a．800℃时，该反应的平衡常数为0.25　
b．实验Ⅱ和实验Ⅰ相比，可能隐含的条件是：实验Ⅰ使 用了效率更高的催化剂
c．该反应是放热反应
d．实验Ⅰ条件下反应的平衡常数等于实验Ⅱ条件下反应 的平衡常数
e．该反应的△S＞0，故该反应一定是自发反应
③实验Ⅱ从反应开始到刚达到平衡时，v（NO）=0.0125mol•L^-1•min^-1；若再向该2L密闭容器中通 入1mol NO₂、1mol NO、0.5mol O₂，则NO₂的转化率将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）
（3）利用NO₂或N₂O₄可制备N₂O₅，原理如图2所示．N₂O₅在电解池的阳极区生成，其电极反应为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）计算2molN₂H₄反应放出的热量，可得该反应的△H，反应放热，焓变符号为“-”，单位为kJ/mol；
（2）①a．不同物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡；
b．平衡时c（NO₂）浓度不变是平衡标志；
c．随反应进行，压强增大，气体总压不变说明到达平衡；
d．平衡时各组分的含量不变；
②a．计算平衡时各组分的浓度，代入平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$计算；
b．实验Ⅱ和实验Ⅰ相比，反应速率加快，平衡时二氧化氮的浓度相等，不影响平衡移动；
c．升高温度，平衡时二氧化氮的浓度减小，说明升高温度平衡向正反应移动；
d．平衡常数随温度变化；
e．升高温度平衡向正反应移动，正反应为吸热反应，当△G=△H-T△S＜0，反应自发进行；
③根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO₂），利用速率之比等于化学计量数之比计算v（O₂）；
计算浓度商Qc，与平衡常数比较判断反应方向，若Qc=K，处于平衡状态，Qc＜K，向正反应进行，Qc＞K，向逆反应进行；
（3）利用NO₂或N₂O₄可制备N₂O₅，N元素发生氧化反应，则N₂O₅在电解池的阳极区生成，由图可知，阳极上是 N₂O₄失去电子，在HNO₃条件下生成N₂O₅，根据电荷守恒可知有H⁺生成．

解答 解：（1）1.00g N₂H₄完全反应放出19.14kJ的热量，则2molN₂H₄反应放出的热量为19.10kJ×$\frac{2mol×32g/mol}{1g}$=1222.4kJ，故该反应的△H=-1222.4kJ/mol，
故答案为：-1222.4；
（2）①a．v_正（NO₂）=2v_逆（O₂），则v_逆（NO₂）=v_正（NO₂），反应处于平衡状态，2v_正（NO₂）=v_逆（O₂），不能说明反应达到平衡状态，故a选；
b．平衡时c（NO₂浓度不变，反应达到平衡状态，故b不选；
c．随反应进行，压强增大，气体总压不变说明到达平衡，故c不选；
d．生成物NO的体积分数不变，说明反应到达平衡，故d不选，
故选：a；
②a．800℃时，平衡时二氧化氮的浓度为0.5mol/L，则：
2NO₂（g）?2NO（g）+O₂（g）
起始量（mol/L）：1 0 0
变化量（mol/L）：0.5 0.5 0.25
平衡量（mol/L）：0.5 0.5 0.25
800℃时平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（NO）c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$=$\frac{0．{5}^{2}×0.25}{0．{5}^{2}}$=0.25，故a正确；
b．实验Ⅱ和实验Ⅰ相比，反应速率加快，平衡时二氧化氮的浓度相等，不影响平衡移动，不能是升高温度或增大压强，实验Ⅱ可能使用了效率更高的催化剂，故b错误；
c．升高温度，平衡时二氧化氮的浓度减小，说明升高温度平衡向正反应移动，而升高温度平衡向吸热反应移动，故正反应为吸热反应，故c错误；
d．平衡常数随温度变化，实验Ⅰ和实验Ⅱ温度相同，实验Ⅰ条件下反应的平衡常数等于实验Ⅱ条件下反应的平衡常数，故d正确；
e．升高温度平衡向正反应移动，正反应为吸热反应，△H＞0，正反应为熵减的反应，△S＜0，而△G=△H-T△S＞0反应不能自发进行，故f错误，
故选：ad；
③v（NO₂）=$\frac{1mol/L-0.5mol/L}{20min}$=0.025mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，v（NO）=v（NO₂）=0.025mol/（L．min），
若再向该2L密闭容器中通 入1mol NO₂、1mol NO、0.5mol O₂，浓度商Qc═0.5＞K=0.25，反应向逆反应进行，NO2转化率减小，
故答案为：0.0125mol/（L．min）；减小；
（3）利用NO₂或N₂O₄可制备N₂O₅，N元素发生氧化反应，则N₂O₅在电解池的阳极区生成，由图可知，阳极上是 N₂O₄失去电子，在HNO₃条件下生成N₂O₅，根据电荷守恒可知有H⁺生成，电极反应式为：N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，
故答案为：阳极；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、平衡常数计算与应用、反应热计算、电解原理等，是对学生综合能力的考查，难度中等．