Question

20．2013年12月15日4時(shí)搭載長(zhǎng)征系列火箭的“玉兔號(hào)”順利駛抵月球表面，實(shí)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(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）已知：N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+67.7kJ•mol^-1
N₂H_4（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ•mol^-1
2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ•mol^-1
寫(xiě)出氣態(tài)肼在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水的熱化學(xué)方程式：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083.0kJ•mol^-1；
（2）工業(yè)上用次氯酸鈉與過(guò)量的氨氣反應(yīng)制備肼，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O；
（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?dú)夂退��?5分鐘后，反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)NH₃的濃度為0.3mol/L，則用氧氣表示的反應(yīng)速率為0.015mol•L^-1•min^-1．
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(dá)到平衡時(shí)，ABC（選填編號(hào)）．
A．容器中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化      B． v（N₂）：v（O₂）=2：3
C．容器中氣體的密度不隨時(shí)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O₂+2H⁺+2e^-═H₂O₂；
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1mol．

Answer 1

分析 （1）①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g），△H=+67.7KJ•mol^-1；
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O （g），△H=-534KJ•mol^-1
③2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ•mol^-1
將方程式2×②-①-③得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算焓變書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）次氯酸鈉與過(guò)量的氨氣反應(yīng)制備肼，依據(jù)原子守恒寫(xiě)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(shuō)明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
②依據(jù)計(jì)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(jì)量數(shù)之比計(jì)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(yáng)離子所帶的正電荷總數(shù)等于溶液中陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù)進(jìn)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(guò)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=-534KJ•mol^-1
③2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H=-52.7kJ•mol^-1
將方程式2×②-①-③得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=2×（-534KJ•mol^-1）-（+67.7KJ•mol^-1）+52.7kJ•mol^-1=-1083.0kJ•mol^-1；即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(guò)量的氨氣反應(yīng)制備肼，依據(jù)原子守恒寫(xiě)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(shuō)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(dá)到平衡，此時(shí)NH₃的濃度為0.3mol/L，V（NH₃）=$\frac{0.3mol/L}{15min}$=0.02mol/L•min，v（O₂）=$\frac{3}{4}$v（NH₃）=$\frac{3}{4}$×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(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)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(dá)到平衡狀態(tài)，速率之比等于化學(xué)計(jì)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(guò)程中和平衡狀態(tài)容器中氣體的密度不隨時(shí)間而變化，能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．通入稀有氣體，容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，能提高反應(yīng)的速率，不影響化學(xué)平衡，故D錯(cuò)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(cuò)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(jià)變?yōu)榈獨(dú)庵械?價(jià)，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(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡及化學(xué)平衡的計(jì)算、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)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．