Question

4．联氨（N₂H₄）及其衍生物是一类重要的火箭燃料．N₂H₄与N₂O₄反应能放出大量的热．
（1）已知：2NO₂（g）?N₂O₄（g），N₂O₄为无色气体．
①在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H＜0（填写“＞”、“＜”、“=”）
②一定温度下，在密闭容器中反应2NO₂（g）═N₂O₄（g）达到平衡，达到平衡状态的标志BDE．
A用NO₂、N₂O₄的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2：1的状态
B单位时间内生成n mol N₂O₄的同时生成2nmolNO₂
C 混合气体的密度不再改变的状态
D混合气体的颜色不再改变的状态
E混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
③其他条件不变时，下列措施能提高NO₂转化率的是BC（填字母）
A 减小NO₂的浓度    B 降低温度    C 增大压强   D 升高温度
（2）25℃时，0.1molN₂H₄（l）与足量N₂O₄（l）完全反应生成N₂（g）和H₂O（l），放出61.25kJ的热量．请写出该反应的热化学方程式：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1225kJ/mol．
（3）17℃、1.01×10⁵Pa，往10L密闭容器中充入NO₂，达到平衡时，n（NO₂）=2.0mol，
n（N₂O₄）=1.6mol．则反应初始时，充入NO₂的物质的量浓度为0.52mol/L；NO₂的转化率为61.5%；该温度下该反应的平衡常数K为4；该温度下反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常数K为0.25．

Answer 1

分析 （1）①△H-T△S＜0的反应能够自发进行；
②可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变，以此分析；
③平衡正向移动可以通过反应物的转化率；
（2）根据热化学方程式的意义以及热化学方程式的书写方法来写；
（3）依据反应方程式计算出反应初始时充入NO₂的物质的量浓度，再根据c=$\frac{n}{V}$计算出二氧化氮的初始浓度；根据转化率=$\frac{反应消耗量}{反应初始量}$×100%计算出二氧化氮的转化率；根据K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{c（N{O}_{2}）^{2}}$计算出该反应的平衡常数；逆反应的平衡常数和正反应的平衡常数成倒数计算该温度下反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常数K．

解答 解：（1）△H-T△S＜0的反应能够自发进行，该反应△S＜0，若反应能够自发进行，△H必须小于0，
故答案为：＜；
②A．速率之比等于化学计量数之比，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．生成n mol N₂O₄的同时生成2nmolNO₂，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故B正确；
C．密度始终不变，所以密度不变不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D．颜色不变，说明二氧化氮的浓度不变，反应达到平衡状态，故D正确；
E．平均相对分子质量不再改变，说明气体物质的量不变，反应达到平衡状态，故E正确；
答案为：BDE；
③A．减小二氧化氮的浓度，平衡逆向移动，NO₂转化率减小，故A错误；
B．降低温度平衡向正向移动，NO₂转化率增大，故B正确；
C．增大压强平衡正向移动，NO₂转化率增大，故C正确；
D．升高温度，平衡逆向移动，NO₂转化率减小，故D错误；
答案为：BC；
（2）1molN₂H₄（l）与足量N₂O₄（l）完全反应生成N₂（g）和H₂O（l），放612.5kJ的热量，其热化学方程式为：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1225kJ/mol，
故答案为：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1225kJ/mol；
（3）17℃、1.01×10⁵Pa，往10L密闭容器中充入NO₂，达到平衡时n（NO₂）=2.0mol，n（N₂O₄）=1.6mol，根据反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）可知反应初始时，充入NO₂的物质的量为：2.0mol+1.6mol×2=5.2mol，则充入NO₂的物质的量浓度为：$\frac{5.2mol}{10L}$=0.52mol/L；
平衡时消耗二氧化氮的物质的量为1.6mol×2=3.2mol，则NO₂的转化率为：$\frac{3.2mol}{5.2mol}$≈61.5%；
该反应的平衡常数为：K=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{c（N{O}_{2}）^{2}}$=$\frac{\frac{1.6}{10}}{（\frac{2.0}{10}）^{2}}$=4；
该温度下反应N₂O₄（g）?2NO₂（g）的平衡常数K′=$\frac{c（{N}_{2}{O}_{4}）}{c（N{O}_{2}）^{2}}$=$\frac{1}{K}$=0.25mol/L，
故答案为：0.52mol/L；61．%；4；0.25．

点评 本题考查较为综合，题目难度中等，涉及化学平衡常数、转化率的计算、热化学方程式书写、反应自发进行的判断、化学平衡及其影响等知识，明确化学平衡常数的概念及表达式为解答关键，注意掌握反应自发进行的判断方法，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用能力．