Question

氮元素的化合物种类繁多，性质也各不相同．

（1）NO₂有较强的氧化性，能将SO₂氧化生成SO₃，本身被还原为NO，已知下列两反应过程中能量变化如图所示：
则NO₂氧化SO₄的热化学方程式为

 

．
（2）在2L密闭容器中放入1mol氨气，在一定温度进行如下反应：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g），反应时间（t）与容器内气体总压强（p）的数据如下表，

时间t/min	0	1	2	3	4	5
总压强p 100kPa	5	5.6	6.4	6.8	7	7

则平衡时氨气的转化率为

 

．
（3）肼（N₂H₄）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料．在空气中完全燃烧生成氮气，当反应转移0.2mol电子时，生成气体在标准状况下的体积为

 

．联氨溶于水可以发生与氨水类似的电离，联氨在水溶液中的电离方程式为

 

（写一步即可）．
（4）NH₄⁺在溶液中能发生水解反应．在25℃时，0.1mol/L氯化铵溶液由水电离出的氢离子浓度为1×10^-5mol/L，则在该温度下此溶液中氨水的电离平衡常教K_b（NH₃?H₂O）=

 

．
（5）催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染．
①催化反硝化法中，H₂能将NO₃^-还原为N₃，25℃时，反应进行10min，溶液的pH由7变为12，则其平均反应速率v（NO₃^-）为

 

．
②电化学降解NO₃^-的原理如右图2所示．若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差（△m_左-△m_右 ）为

 

g．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,弱电解质在水溶液中的电离平衡,电解原理

专题：

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）根据数据判断4分钟达到平衡，设氨气的转化率为a，利用压强之比等于物质的量之比计算；
（3）依据化学方程式中电子转移和定量关系计算得到电子转移，肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，则电离生成OH^-和阳离子；
（4）NH₄⁺在溶液中能发生水解反应，NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺
故c（NH₃?H₂O）=c（H⁺）=1×10^-5mol/L，则c（OH^-）=Kw/c（H⁺）=10^-14/10^-5=10^-9mol/L，
c（NH₄⁺）=0.1mol/L，氨水的电离方程式为：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-，计算得到电离平衡常数；
（5）①利用溶液pH变化可知有OH^-生成，再结合原子守恒可写出反应的离子方程式为：2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O，利用离子方程式计算；
转移2mol电子时，阳极（阳极反应为H₂O失电子氧化为O₂和H⁺）消耗1mol水，产生2molH⁺进入阴极室，阳极室质量减少18g；阴极室中放出0.2molN₂（5.6g），同时有2molH⁺（2g）进入阴极室，因此阴极室质量减少3.6g，得到膜两侧电解液的质量变化差；

解答： 解：（1）由图示得到以下两个方程式：
①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol^-1，
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ?mol^-1，
根据盖斯定律可知，（①-②）÷2可得NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g），△H═-41.8kJ?mol^-1，
故答案为：NO₂（g）+SO₂（g）═SO₃（g）+NO（g），△H═-41.8kJ?mol^-1，
（2）根据数据判断4分钟达到平衡，设氨气的转化率为a，利用压强之比等于物质的量之比计算；
2NH₃?N₂+3H₂ △n
2    1   3      2
a   0.5a  1.5a  a
 

5

7

=

1

1+a

解得a=0.4，故氨气的转化率为40%；
故答案为：40%；
（3）肼（N₂H₄）在空气中完全燃烧生成氮气和水，方程式为：
N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O 转移电子数
22.4L              4mol
V                 0.2mol
V=1.12L；
肼易溶于水，它是与氨类似的弱碱，则电离生成OH^-和阳离子，电离方程式为N₂H₄+H₂O=N₂H₅⁺+OH^-；
故答案为：1.12L，N₂H₄+H₂O=N₂H₅⁺+OH^-；
（4）NH₄⁺在溶液中能发生水解反应，NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺
故c（NH₃?H₂O）=c（H⁺）=1×10^-5mol/L，则c（OH^-）=Kw/c（H⁺）=10^-14/10^-5=10^-9mol/L，
c（NH₄⁺）=0.1mol/L，
氨水的电离方程式为：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-
电离平衡常数Kb（NH₃?H₂O）=

c(NH4+)c(OH-)

c(NH3?H2O)

，
数据代入表达式：Kb（NH₃?H₂O）=

0.1mol/L×10-9mol/L

10-5mol/L

=1×10^-5mol/L；
故答案为：1×10^-5mol/L；
（5）①利用溶液pH变化可知有OH^-生成，再结合原子守恒可写出反应的离子方程式为：2NO₃^-+5H₂=N₂+2OH^-+4H₂O，利用离子方程式知
v（NO₃^-）=v（OH^-）=

10-2-10-7

10

=0.001mol/（L?min），
故答案为：0.001mol/（L?min）；
②转移2mol电子时，阳极（阳极反应为H₂O失电子氧化为O₂和H⁺）消耗1mol水，产生2molH⁺进入阴极室，阳极室质量减少18g；阴极室中放出0.2molN₂（5.6g），同时有2molH⁺（2g）进入阴极室，因此阴极室质量减少3.6g，故膜两侧电解液的质量变化差（△m左-△m右）=18g-3.6g=14.4g；
故答案为：14.4；

点评：本题考查了化学平衡计算分析，热化学方程式书写方法，弱电解质定量平衡的分析应用和平衡常数计算，电解池原理的理解应用和定量计算判断，掌握基础是关键，题目难度较大．