Question

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
N₂H_4（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．

Answer 1

分析 （1）①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g），△H=+67.7KJ•mol^-1；
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O （g），△H=-534KJ•mol^-1
③2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ•mol^-1
将方程式2×②-①-③得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）根据盖斯定律计算焓变书写热化学反应方程式；
（2）次氯酸钠与过量的氨气反应制备肼，依据原子守恒写出化学方程式；
（3）①图象分析可知平衡常数随温度升高增大，说明反应是吸热反应；
②依据计算出的氨气的反应速率，结合反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算氧气的反应速率；
③化学平衡状态的判断依据是正逆反应速率相同，各组分的浓度保持不变；
（4）①根据溶液呈电中性，溶液中阳离子所带的正电荷总数等于溶液中阴离子所带的负电荷总数进行解答；
②在该电解池中，Ir-Ru惰性电极有吸附O₂作用为氧气得电子发生还原反应，在酸性条件下生成过氧化氢；
③根据4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O，每转移12mol电子，处理4mol氨气，据此分析解答．

解答 解：（1）①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g），△H=+67.7KJ•mol^-1；
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O （g），△H=-534KJ•mol^-1
③2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ•mol^-1
将方程式2×②-①-③得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=2×（-534KJ•mol^-1）-（+67.7KJ•mol^-1）+52.7kJ•mol^-1=-1083.0kJ•mol^-1；即2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ•mol^-1；故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ•mol^-1；
（2）次氯酸钠与过量的氨气反应制备肼，依据原子守恒写出化学方程式为：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O，故答案为：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O；
（3）①反应的平衡常数K与温度的关系可知，平衡常数随温度升高增大，说明反应是吸热反应，反应的焓变大于0，故答案为：＞；
②15分钟后，反应达到平衡，此时NH₃的浓度为0.3mol/L，V（NH₃）=$\frac{0.3mol/L}{15min}$=0.02mol/L•min，v（O₂）=$\frac{3}{4}$v（NH₃）=$\frac{3}{4}$×0.02mol=0.015mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.015mol•L^-1•min^-1；
③2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=Q kJ•mol^-1，反应是气体体积减小的吸热反应；
A．反应是气体物质的量变化的反应，气体质量增大，若容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化，说明反应达到平衡状态，故A正确；
B．速率之比等于化学方程式系数之比，表明的是正反应速率之比，反应达到平衡状态，速率之比等于化学计量数之比，故B正确；
C．水是液体，气体质量改变，体积不变，反应过程中和平衡状态容器中气体的密度不随时间而变化，能说明反应达到平衡状态，故C正确；
D．通入稀有气体，容器内压强增大，能提高反应的速率，不影响化学平衡，故D错误；
E．若向容器中继续加入N₂，N₂的转化率将减小，故E错误；
故答案为：ABC；
（4）①向废氨水加入适量硝酸调节溶液的pH约为5，根据溶液呈电中性，溶液中c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），pH约为5呈酸性，c（H⁺）＞c（OH^-），所以c（NH₄⁺）＜c（NO₃^-），
故答案为：＜；
②利用电解法制H₂O₂，在该电解池中，Ir-Ru惰性电极有吸附O₂作用为氧气得电子发生还原反应，O₂+2H⁺+2e^-═H₂O₂，
故答案为：O₂+2H⁺+2e^-═H₂O₂；
③4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O中，氨气中的氮元素从-3价变为氮气中的0价，4mol氨气转移12mol电子，所以转移3mol电子，最多可以处理NH₃•H₂O的物质的量为1mol，
故答案为：1mol．

点评 本题考查较综合，涉及反应热的计算、化学平衡及化学平衡的计算、电极反应式的书写等，掌握化学反应速率的大小分析应用，根据溶液的电中性判断离子浓度大小是解答该题的关键，题目难度中等．