Question

2013年12月15日4時搭載長征系列火箭的“玉兔號”順利駛抵月球表面，實現(xiàn)了五星紅旗耀月球的創(chuàng)舉．火箭升空需要高能燃料，通常用肼（N₂H₄）作燃料，N₂O₄做氧化劑．請回答下列問題：

（1）已知：N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ?mol^-1
寫出氣態(tài)肼在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氮氣和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：

 

；
（2）工業(yè)上用次氯酸鈉與過量的氨氣反應(yīng)制備肼，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

 

；
（3）工業(yè)上可以用下列反應(yīng)原理制備氨氣：
2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=Q kJ?mol^-1
①已知該反應(yīng)的平衡常數(shù)K與溫度的關(guān)系如圖1，則此反應(yīng)的Q

 

0 （填“＞”“＜”或“=”）．
②若起始加入氮氣和水，15分鐘后，反應(yīng)達到平衡，此時NH₃的濃度為0.3mol/L，則用氧氣表示的反應(yīng)速率為

 

．
③常溫下，如果上述反應(yīng)在體積不變的密閉容器中發(fā)生，當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，

 

（選填編號）．
A．容器中氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化
B． 

v(N2)

v(O2)

=

2

3

C．容器中氣體的密度不隨時間而變化
D．通入稀有氣體能提高反應(yīng)的速率
E．若向容器中繼續(xù)加入N₂，N₂的轉(zhuǎn)化率將增大
（4）最近華南理工大提出利用電解法制H₂O₂并以此處理廢氨水，裝置如圖2．
①為不影響H₂O₂的產(chǎn)量，需要向廢氨水加入適量硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，則所得廢氨水溶液中c（NH₄⁺）

 

c（NO₃^-）（填“＞”“＜”或“=”）；
②Ir-Ru惰性電極有吸附O₂作用，該電極的電極反應(yīng)為

 

；
③理論上電路中每轉(zhuǎn)移3mol電子，最多可以處理NH₃?H₂O的物質(zhì)的量為

 

．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）次氯酸鈉與過量的氨氣反應(yīng)制備肼，依據(jù)原子守恒寫出化學(xué)方程式；
（3）①圖象分析可知平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
②依據(jù)計算出的氨氣的反應(yīng)速率，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比計算氧氣的反應(yīng)速率；
③化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)是正逆反應(yīng)速率相同，各組分的濃度保持不變；
（4）①根據(jù)溶液呈電中性，溶液中陽離子所帶的正電荷總數(shù)等于溶液中陰離子所帶的負電荷總數(shù)進行解答；
②在該電解池中，Ir-Ru惰性電極有吸附O₂作用為氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，在酸性條件下生成過氧化氫；
③根據(jù)4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O，每轉(zhuǎn)移12mol電子，處理4mol氨氣，據(jù)此分析解答．

解答： 解：（1）①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
③2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ?mol^-1
②×2-（①+③）得到2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ?mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0 kJ?mol^-1；
（2）次氯酸鈉與過量的氨氣反應(yīng)制備肼，依據(jù)原子守恒寫出化學(xué)方程式為：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O，故答案為：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O；
（3）①反應(yīng)的平衡常數(shù)K與溫度的關(guān)系可知，平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)的焓變大于0，故答案為：＞；
②15分鐘后，反應(yīng)達到平衡，此時NH₃的濃度為0.3mol/L，V（NH₃）=

0.3mol/L

15min

=0.02mol/L?min，V（O₂）=

3

4

V（NH₃）=

3

4

×0.02mol=0.015mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.015mol?L^-1?min^-1；
③2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=Q kJ?mol^-1，反應(yīng)是氣體體積減小的吸熱反應(yīng)；
A．反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量變化的反應(yīng)，氣體質(zhì)量增大，若容器中氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，表明的是正反應(yīng)速率之比，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故B正確；
C．水是液體，氣體質(zhì)量改變，體積不變，反應(yīng)過程中和平衡狀態(tài)容器中氣體的密度不隨時間而變化，能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．通入稀有氣體，容器內(nèi)壓強增大，能提高反應(yīng)的速率，不影響化學(xué)平衡，故D錯誤；
E．若向容器中繼續(xù)加入N₂，N₂的轉(zhuǎn)化率將減小，故E錯誤；
故答案為：ABC；
（4）①向廢氨水加入適量硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，根據(jù)溶液呈電中性，溶液中c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（NO₃^-）+c（OH^-），pH約為5呈酸性，c（H⁺）＞c（OH^-），所以c（NH₄⁺）＜c（NO₃^-），
故答案為：＜；
②利用電解法制H₂O₂，在該電解池中，Ir-Ru惰性電極有吸附O₂作用為氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，O₂+2H⁺+2e^-═H₂O₂，
故答案為：O₂+2H⁺+2e^-═H₂O₂；
③4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O中，氨氣中的氮元素從-3價變?yōu)榈獨庵械?價，4mol氨氣轉(zhuǎn)移12mol電子，所以轉(zhuǎn)移3mol電子，最多可以處理NH₃?H₂O的物質(zhì)的量為1mol，
故答案為：1mol．

點評：本題考查較綜合，涉及反應(yīng)熱的計算、化學(xué)平衡及化學(xué)平衡的計算、電極反應(yīng)式的書寫等，掌握化學(xué)反應(yīng)速率的大小分析應(yīng)用，根據(jù)溶液的電中性判斷離子濃度大小是解答該題的關(guān)鍵，題目難度中等．