Question

17．利用N₂和H₂可以实现NH₃的工业合成，而氨又可以进一步制备联氨（N₂H₄），硝酸等．回答下列问题：
（1）联氨可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N₂O₄反应生成N₂和水蒸气．已知：
①N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（I）△H₁=-19.5kJ/mol
②N₂O₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2kJ/mol
写出联氨和N₂O₄反应的热化学方程式2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol．
（2）某科研小组研究，在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4KH/mol的影响．实验结果如图所示（图中T表示温度，n表示物质的量，NH₃%表示NH₃的平衡体积分数）：

①图象中T₂和T₁的关系是：T₂＜T₁（填“＞”“＜”或“无法确定”）．
②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N₂转化率最高的是c　（填字母）．
③T₁温度下，若容器容积为1L，在起始体系中加入1mol　N₂，n=3mol，反应达到平衡时H₂的转化率为60%，保持容器的体积、温度不变，再向容器内放入1mol　N₂、3molH₂反应达平衡时，氢气的转化率将增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．计算此时反应的平衡常数K=2.1（保留两位有效数字）．
（3）联氨（N₂H₄）-空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液时20%-30%的氢氧化钾溶液，现以联氨-空气燃料电池采用电解法制备N₂O₅，装置如图所示：

写出石墨1的电极反应式N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；在电解池中电解的总反应化学方程式为N₂O₄+2HNO₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2N₂O₅+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（I）△H₁=-19.5kJ/mol
②N₂O₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2kJ/mol
根据盖斯定律②×2-①可得；
（2）①根据温度化学平衡的影响：温度升高向着吸热方向进行；
②根据增加氢气的物质的量化学平衡向着正反应方向移动；
③保持容器的体积、温度不变，再向容器内放入1mol　N₂、3molH₂相当于再原平衡基础上增大压强，根据压强对化学平衡的影响分析；根据三段式计算平衡时各组分的浓度，代入K计算；
（3）根据图可知石墨1中N₂O₄失电子生成N₂，结合电解质可写；电解池中四氧化二氮氧化为五氧化二氮，硝酸中的氢离子被还原为氢气．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（I）△H₁=-19.5kJ/mol
②N₂O₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2kJ/mol
根据盖斯定律②×2-①可得；2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
故答案为：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
（2）①反应为放热反应，温度升高化学平衡向着吸热方向进行，从T₁到T₂生成物氨气的量增加，平衡正移，故T₂＜T₁；
故答案为：＜；
②b点代表平衡状态，c点又加入了氢气，故平衡向右移动，氮气的转化率增大；
故答案为：c；
 ③保持容器的体积、温度不变，再向容器内放入1mol　N₂、3molH₂相当于再原平衡基础上增大压强，对于该反应，增大压强，平衡正向移动，氢气的转化率增大；
容器容积为1L，在起始体系中加入1molN₂；H₂3mol，反应达到平衡时H₂的转化率为60%；
                         N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol/L）：1               3              0
转化（mol/L）：0.6            1.8           1.2
平衡（mol/L）：0.4            1.2           1.2
则K=$\frac{1．{2}^{2}}{0.4×1．{2}^{3}}$=2.1；
故答案为：增大；2.1；
（3）根据图可知石墨1中N₂O₄失电子生成N₂，电解质显碱性，则电极反应式为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；电解池中四氧化二氮氧化为五氧化二氮，硝酸中的氢离子被还原为氢气，发生的反应为：N₂O₄+2HNO₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2N₂O₅+H₂↑；
故答案为：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；N₂O₄+2HNO₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2N₂O₅+H₂↑．

点评 本题考查了盖斯定律、化学平衡的有关计算、影响化学平衡的因素、电解池的工作原理知识，原电池原理分析，注意三段式解题方法和电化学中得失电子的分析，题目难度中等．