Question

氮是大气中含量丰富的一种元素，氮及其化合物在生产、生活中有着重要作用，减少氮氧化物的排放是环境保护的重要内容之一。请回答下列氮及其化合物的相关问题：
(1)据报道，意大利科学家获得了极具研究价值的N₄，其分子结构与白磷分子的正四面体结构相似。已知断裂1 mol N－N键吸收167 kJ热量，生成1 mol N≡N键放出942 kJ热量，请写出N₄气体转变为N₂反应的热化学方程式：                            。
(2)据报道，NH₃可直接用作车用燃料电池，写出该电池的负极反应式：                          。
(3)在T₁℃时，将5 mol N₂O₅置于10L固定容积的密闭容器中发生下列反应：2N₂O₅(g)4NO₂(g)+O₂(g)；△H＞0。反应至5分钟时各物质的浓度不再发生变化，测得NO₂的体积分数为50%。
①求该反应的平衡常数K=        (数字代入式子即可)，上述平衡体系中O₂的体积分数为__________。
②用O₂表示从0～5 min内该反应的平均速率υ(O₂)=        。
③将上述平衡体系的温度降至T₂℃，密闭容器内减小的物理量有        。
A．压强           B．密度          C．反应速率          D．N₂O₅的浓度
(4)在恒温恒容的密闭容器中充入NO₂，建立如下平衡：2NO₂(g)N₂O₄(g)，平衡时N₂O₄与NO₂的物质的量之比为a，其它条件不变的情况下，分别再充入NO₂和再充入N₂O₄，平衡后引起的变化正确的是__________。
A．都引起a减小   B．都引起a增大   C．充入NO₂引起a减小，充入N₂O₄引起a增大
D．充入NO₂引起a增大，充入N₂O₄引起a减小

Answer 1

(14分，每空2分) (1) N₄(g)＝2N₂(g)；△H＝－882 kJ/mol  (2分)
(2) 2NH₃ ＋ 6OH^– － 6e^– ＝ N₂ ＋ 6H₂O  (2分)
(3) ① 0.1×0.4⁴/0.3²   12.5%    ② 0.02 mol/(L·min) ③ AC  (各2分)        (4)B  (2分)

试题分析：(1)化学反应的焓变等于反应物键能和与生成物键能和之差。?H=6mol×167kJ·mol^–1–2mol×942 kJ·mol^–1=–882kJ·mol^–1(1molN₄中有6molN—N键)，故热化学方程式为：N₄(g)＝2N₂(g)；△H＝－882 kJ· mol^–1。
(2)氨气燃料电池的总反应为：4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O(其产物与燃料反应产物相同)，则负极反应：4NH₃ - 12e^– + 12OH^– = 2N₂ + 12H₂O 正极反应：3O₂ + 12e^– + 6H₂O = 12OH^–。
(3) ①设平衡时n(O₂)=xmol，则n(NO₂)=4xmol，n(N₂O₅)=(5－2x)mol，n(总)=xmol+mol+(5－2x)mol=(5+3x)mol，由4x÷(5+3x)=50%可求得x = 1，所以平衡时n(O₂)=1mol，则n(NO₂)=4mol，n(N₂O₅)=3mol，n(总)=8mol；进一步求出平衡时各组分的浓度c(O₂)=0.1mol·L^–1，c(NO₂)=0.4mol·L^–1，c(O₂)=0.3mol·L^–1。该反应的平衡常数K=0.1×0.4⁴/0.3²，O₂的体积分数为φ(O₂)=1÷8=12.5%；②υ(O₂)= 0.1mol·L^–1÷5min="0.02" mol·L^–1·min^–1；③反应2N₂O₅(g)4NO₂(g)+O₂(g)为吸热反应，降温时平衡向逆反应方向移动，气体的物质的量减少，则恒容条件下压强减小且反应速率减慢，故选AC。
(4)由于化学平衡的建立与途径无关，所以可改变化学平衡的建立途径。首先把充入的NO₂或N₂O₄放在另一个容器中，让其达到与原容器相同的平衡状态，然后保持压强不变与原混合气体混合，此时N₂O₄与NO₂的物质的量之比为仍a，最后把混合后的气体压缩到与原平衡时相同的体积，则平衡向正反应方向移动，N₂O₄与NO₂的物质的量之比增大。故答案为B。