Question

13．氮的氧化物种类较多，有N₂O、NO、N₂O₃、NO₂、N₂O₄、N₂O₅等，他们应用广泛．
（1）N₂O是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一．它可由NH₄NO₃在加热条件下分解产生，此反应的化学方程式为NH₄NO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂O↑+2H₂O．已知N₂O与CO₂分子具有相似的结构，试画出N₂O的结构式N=N=O．
（2）N₂O₄可作火箭高能燃料N₂H₄的氧化剂．
已知：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-akJ•mol^-1；N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-bkJ•mol^-1；
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+ckJ•mol^-1；（a、b、c均大于0）．
写出气态腁在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-（c-a+2b）kJ•mol^-1．
（3）平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示，即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度，分压=总压×物质的量分数（例如p（NO₂）=p_总×x（NO₂））．写出反应2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-akJ•mol^-1平衡常数K_p表达式$\frac{x（{N}_{2}{O}_{4}）}{{P}_{总}•{x}^{2}（N{O}_{2}）}$（用p_总、各气体物质的量分数x表示）．
（4）新型绿色硝化剂N₂O₅可以N₂O₄为原料用电解法制备，实验装置如图所示．则电极B接直流电源的负极，电解池中生成N₂O₅的电极反应式为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
（5）可用氨水吸收NO₂、O₂生成硝酸铵，写出该反应的离子方程式4NH₃•H₂O+4NO₂+O₂=4NH₄⁺+4NO₃^-+2H₂O．
已知25℃时NH₃•H₂O的电离常数K_b=2×10^-5，向500ml0.1mol•L^-1硝酸铵溶液中通入标准状况下至少5.6ml氨气，是溶液呈中性（溶液的体积变化忽略不计）．

Answer 1

分析 （1）根据氧化还原反应中得失电子相等结合原子守恒确定另一种生成物，写出相应的反应方程式；N₂O与CO₂具有相似的结构，应为直线形分子，且存在N=O键，相同原子间形成的共价键是非极性共价键；
（2）由①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+ckJ/mol
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-b  kJ/mol
③2NO₂（g?N₂O₄（g）△H=-akJ/mol
根据盖斯定律可知②×2-①-③得热化学方程式；
（3）p（NO₂）=p_总×x（NO₂），p（N₂O₄）=p_总×x（N₂O₄），据此写出平衡常数表达式；
（4）由N₂O₄制取N₂O₅需要是失电子，所以N₂O₅在阳极区生成，A为阳极，B为阴极；
（5）氨水吸收NO₂、O₂生成硝酸铵，结合原子守恒配平书写化学方程式，溶液呈中性，依据电荷守恒计算可知，溶液中氢氧根离子浓度=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-），结合平衡常数计算．

解答 解：（1）该反应中化合价变化为：NH₄NO₃→N₂O，N元素由-3价→+1价，一个N原子失去4个电子，由+5价→+1价，一个N原子得4个电子，所以得失电子数的最小公倍数为4，所以硝酸铵的计量数为1，根据原子守恒确定另一种生成物为H₂O，然后根据原子守恒配平其它元素，所以该反应的化学方程式为：NH₄NO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂O↑+2H₂O，N₂O与CO₂具有相似的结构，应为直线形分子，且存在N=O键，N₂O分子中氧原子只与一个氮原子相连，应为N=N=O结构，
故答案为：NH₄NO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂O↑+2H₂O； N=N=O；
（2）由①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+ckJ/mol
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-b  kJ/mol
③2NO₂（g?N₂O₄（g）△H=-akJ/mol
根据盖斯定律可知②×2-①-③得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），△H=-（c-a+2b）kJ/mol，
故答案为：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-（c-a+2b）kJ•mol^-1 ；
（3）2NO₂（g）?N₂O₄（g），p（NO₂）=p_总×x（NO₂），p（N₂O₄）=p_总×x（N₂O₄），Kp=$\frac{{P}_{总}×x（{N}_{2}{O}_{4}）}{（{P}_{总}×x（N{O}_{2}））^{2}}$=$\frac{x（{N}_{2}{O}_{4}）}{{P}_{总}•{x}^{2}（N{O}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{x（{N}_{2}{O}_{4}）}{{P}_{总}•{x}^{2}（N{O}_{2}）}$；
（4）从电解原理来看，N₂O₄制备N₂O₅为氧化反应，则N₂O₅应在阳极区生成，A电极为阳极，反应式为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺，B为阴极与电源负极相连，
故答案为：负；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺；
（5）氨水吸收NO₂、O₂生成硝酸铵，反应的化学方程式为：4NH₃•H₂O+4NO₂+O₂=4NH₄⁺+4NO₃^-+2H₂O，已知25℃时NH₃•H₂O的电离常数K_b=2×10^-5，向500ml0.1mol•L^-1硝酸铵溶液中通入氨气溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-），Kb=$\frac{1{0}^{-7}×0.1}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=2×10^-5，c（NH₃•H₂O）=$\frac{1{0}^{-8}}{2×1{0}^{-5}}$=5×10^-4mol/L，n（NH₃）=5×10^-4mol/L×0.5L=2.5×10^-4mol，
标准状况下氨气体积=2.5×10^-4mol×22.4L/mol=0.056L=56ml，
故答案为：4NH₃•H₂O+4NO₂+O₂=4NH₄⁺+4NO₃^-+2H₂O； 5.6；

点评 本题涉及热化学方程式、化学平衡移动、化学计算、电解原理等知识点，主要是盖斯定律计算、氧化还原反应电子转移、电离平衡常数计算等，题目难度中等．