Question

17．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用．
请回答下列有关含氮物质的问题：
（1）如图是1molNO₂和1molCO反应生成CO₂和NO过程中能量变化示意图，请写出NO₂和CO反应的热化学方程式NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；恒温恒容条件下，不能说明该反应已达到平衡状态的是BD（填序号）．
A．容器内混合气体颜色不再变化    B．容器内的压强保持不变
C．v_逆（NO₂）=v_正（NO）         D．容器内混合气体密度保持不变
（2）汽车尾气里含有的NO气体是由于内燃机燃烧的高温引起氮气和氧气反应所致：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H＞0，已知该反应在2404℃时，平衡常数K=64×10^-4．
该温度下，某时刻测得容器内N₂、O₂、NO的浓度分别为2.5×10^-1mol/L、4.0×10^-2mol/L和3.0×10^-3mol/L，此时反应向正反应方向进行（填“处于化学平衡状态”、“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”）．
（3）肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液．总电池反应为N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O．该电池放电时，负极的电极反应式是N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑．
（4）盐酸肼（N₂H₆Cl₂）是一种重要的化工原料，属于离子化合物，易溶于水，溶液呈酸性，水解原理与NH₄Cl类似．写出盐酸肼第一步水解反应的离子方程式N₂H₆²⁺+H₂O═[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺．

Answer 1

分析 （1）先求出此反应的焓变，根据热化学方程式的书写规则再写出热化学方程式；根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（2）计算某时刻生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，与该温度下的平衡常数相比较，可得出结论；
（3）肼-空气燃料电池放电时，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成H₂O和氮气，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，据此分析解答；
（4）根据铵根离子的水解产物是氨水和氢离子来书写水解方程式．

解答 解：（1）该反应的焓变△H=E₁-E₂=134KJ/mol-368KJ/mol=-234KJ/mol，热化学方程式为NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1，
A．容器内混合气体颜色不再变化，说明二氧化氮的浓度不变，正逆反应速率相等，达平衡状态，故不选；    
B．两边的气体计量数相等，容器内的压强始终保持不变，故选；
C．v_逆（NO₂）=v_逆（NO）=v_正（NO），达平衡状态，故不选；         
D．反应物和生成物都是气体，气体的质量始终不变，体积不变，容器内混合气体密度始终保持不变，故选；
故答案为：NO₂（g）+CO（g）=CO₂（g）+NO（g）△H=-234kJ•mol^-1；BD；
（2）该温度下，某时刻测得容器内N₂、O₂、NO的浓度分别为2.5×10^-1mol/L、4.0×10^-2mol/L和3.0×10^-3mol/L，则有该时刻生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值为：$\frac{（3×1{0}^{-3}）^{2}}{（2.5×1{0}^{-1}）×（4.0×1{0}^{-2}）}$=9×10^-4＜K，则反应应向正反应方向进行，
故答案为：向正反应方向进行；
（3）肼-空气燃料电池放电时，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成H₂O和氮气，电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；
（4）根据铵根离子的水解产物是氨水和氢离子，所以盐酸肼第一步水解反应的离子方程式为：N₂H₆²⁺+H₂O═[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺，
故答案为：N₂H₆²⁺+H₂O═[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺．

点评 本题是一道热化学方程式、化学平衡状态的判断、浓度商的应用和电化学知识的综合考查题，要求学生注意知识的归纳和整理是解题的关键，难度不大．