Question

17．利用N₂和H₂可以實現(xiàn)NH₃的工業(yè)合成，而氨又可以進一步制備聯(lián)氨（N₂H₄），硝酸等．回答下列問題：
（1）聯(lián)氨可作為火箭發(fā)動機的燃料，與氧化劑N₂O₄反應生成N₂和水蒸氣．已知：
①N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（I）△H₁=-19.5kJ/mol
②N₂O₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2kJ/mol
寫出聯(lián)氨和N₂O₄反應的熱化學方程式2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol．
（2）某科研小組研究，在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質的量對反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4KH/mol的影響．實驗結果如圖所示（圖中T表示溫度，n表示物質的量，NH₃%表示NH₃的平衡體積分數(shù)）：

①圖象中T₂和T₁的關系是：T₂＜T₁（填“＞”“＜”或“無法確定”）．
②比較在a、b、c三點所處的平衡狀態(tài)中，反應物N₂轉化率最高的是c　（填字母）．
③T₁溫度下，若容器容積為1L，在起始體系中加入1mol　N₂，n=3mol，反應達到平衡時H₂的轉化率為60%，保持容器的體積、溫度不變，再向容器內放入1mol　N₂、3molH₂反應達平衡時，氫氣的轉化率將增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．計算此時反應的平衡常數(shù)K=2.1（保留兩位有效數(shù)字）．
（3）聯(lián)氨（N₂H₄）-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質溶液時20%-30%的氫氧化鉀溶液，現(xiàn)以聯(lián)氨-空氣燃料電池采用電解法制備N₂O₅，裝置如圖所示：

寫出石墨1的電極反應式N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；在電解池中電解的總反應化學方程式為N₂O₄+2HNO₃$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2N₂O₅+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（I）△H₁=-19.5kJ/mol
②N₂O₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律②×2-①可得；
（2）①根據(jù)溫度化學平衡的影響：溫度升高向著吸熱方向進行；
②根據(jù)增加氫氣的物質的量化學平衡向著正反應方向移動；
③保持容器的體積、溫度不變，再向容器內放入1mol　N₂、3molH₂相當于再原平衡基礎上增大壓強，根據(jù)壓強對化學平衡的影響分析；根據(jù)三段式計算平衡時各組分的濃度，代入K計算；
（3）根據(jù)圖可知石墨1中N₂O₄失電子生成N₂，結合電解質可寫；電解池中四氧化二氮氧化為五氧化二氮，硝酸中的氫離子被還原為氫氣．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（I）△H₁=-19.5kJ/mol
②N₂O₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-534.2kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律②×2-①可得；2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
故答案為：2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1048.9kJ/mol；
（2）①反應為放熱反應，溫度升高化學平衡向著吸熱方向進行，從T₁到T₂生成物氨氣的量增加，平衡正移，故T₂＜T₁；
故答案為：＜；
②b點代表平衡狀態(tài)，c點又加入了氫氣，故平衡向右移動，氮氣的轉化率增大；
故答案為：c；
 ③保持容器的體積、溫度不變，再向容器內放入1mol　N₂、3molH₂相當于再原平衡基礎上增大壓強，對于該反應，增大壓強，平衡正向移動，氫氣的轉化率增大；
容器容積為1L，在起始體系中加入1molN₂；H₂3mol，反應達到平衡時H₂的轉化率為60%；
                         N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol/L）：1               3              0
轉化（mol/L）：0.6            1.8           1.2
平衡（mol/L）：0.4            1.2           1.2
則K=$\frac{1．{2}^{2}}{0.4×1．{2}^{3}}$=2.1；
故答案為：增大；2.1；
（3）根據(jù)圖可知石墨1中N₂O₄失電子生成N₂，電解質顯堿性，則電極反應式為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；電解池中四氧化二氮氧化為五氧化二氮，硝酸中的氫離子被還原為氫氣，發(fā)生的反應為：N₂O₄+2HNO₃$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2N₂O₅+H₂↑；
故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；N₂O₄+2HNO₃$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2N₂O₅+H₂↑．

點評 本題考查了蓋斯定律、化學平衡的有關計算、影響化學平衡的因素、電解池的工作原理知識，原電池原理分析，注意三段式解題方法和電化學中得失電子的分析，題目難度中等．