Question

8．氮可形成多种化合物，如NH₃、NO₂、N₂O₄等气体．已知NO₂和N₂O₄的结构式分别是和．已知：N-N键能为167kJ•mol^-1，NO₂中N=O键能为466kJ•mol^-1，N₂O₄中N=O键能为438.5kJ•mol^-1．
（1）写出N₂O₄转化为NO₂的热化学方程式：N₂O₄（g）=2NO₂（g）△H=+57kJ•mol^-1．
（2）在100℃时，将0.40mol的NO₂气体充入2L抽空的密闭容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如下表数据：

时间（s）	0	20	40	60	80
n（NO2）/mol	0.40	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.050	n2	0.080	0.080

①上述条件下，从反应开始直至20s时，NO₂的平均反应速率为0.0025mol•L^-1•s^-1．
②n₃=n₄（填“＞”、“＜”或“=”），反应2NO₂?N₂O₄的平衡常数K的数值为2.8（精确到小数点后两位），升高温度后，该反应的平衡常数K将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③若在相同情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，N₂O₄的起始浓度是0.10mol•L^-1．
（3）氨是一种潜在的清洁能源，可用作碱性燃料电池的燃料．电池的总反应为4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g），则该燃料电池的负极反应式：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能计算反应热，根据热化学方程式的书写要求来书写；
（2）①根据公式反应速率v=$\frac{△c}{t}$来计算；
②化学平衡状态时，各组分的浓度不再随时间的改变而改变；反应2NO₂?N₂O₄的平衡常数K=$\frac{[{N}_{2}{O}_{4}]}{[{N{O}_{2}]}^{2}}$，温度升高，平衡体系向着吸热的方向进行，判断K的变化情况；
③根据各组分的浓度变化量之比等于系数值比来计算；
（3）原电池负极发生氧化反应，氨气在负极失去电子，碱性条件下生成氮气与水．

解答 解：（1）反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能，则反应热△H为：△H=（167KJ/mol+4×438.5KJ/mol）-（2×2×466KJ/mol）=+57KJ/mol，
反应的热化学方程式为：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57 kJ•mol^-1；
故答案为：N₂O₄（g）?2NO₂（g）△H=+57kJ•mol^-1；
（2）①从反应开始直至20s时，四氧化二氮的平均反应速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.05mol}{2L}}{20s}$=0.00125mol/（L•s），二氧化氮的平均反应速率为四氧化二氮的平均反应速率的2倍，即为0.0025mol•（L•s）^-1，故答案为：0.0025；
②在60s时，反应已达平衡状态，所以n₃=n₄，当四氧化二氮的浓度为$\frac{0.08mol}{2L}$=0.04mol/L时，二氧化氮的浓度是：$\frac{0.4mol}{2L}$=0.12mol/L，
反应的平衡常数K=$\frac{0.04}{0.1{2}^{2}}$≈2.8，反应2NO₂?N₂O₄是放热反应，升高温度，平衡左移，所以K减小，故答案为：=；2.8；减小；
③若在相同情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，N₂O₄的起始浓度是c，则     
                       N₂O₄ ?2NO₂
起始浓度（mol•L^-1） c          0
转化浓度（mol•L^-1）c-0.04     0.12
平衡浓度（mol•L^-1）0.04       0.12
所以$\frac{c-0.04}{0.12}$=$\frac{1}{2}$，解得c=0.10，故答案为：0.10；
（3）原电池负极发生氧化反应，氨气在负极失去电子，碱性条件下生成氮气与水，负极电极反应式为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

点评 本题是一道化学平衡的综合题，既考查了热化学方程式的书写，又考查了化学平衡的有关问题，考查角度广，难度大．