Question

3．氨氣及其相關(guān)產(chǎn)品是基本化工原料，在化工領(lǐng)域中具有重要的作用．
（1）以鐵為催化劑，0.6mol氮?dú)夂?.8mol氫氣在恒溫、容積恒定為1L的密閉容器中反應(yīng)生成氨氣，20min后達(dá)到平衡，氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為0.3mol．
①在第25min時(shí)，保持溫度不變，將容器體積迅速增大至2L并保持恒容，體系達(dá)到平衡時(shí)N₂的總轉(zhuǎn)化率為38.2%，請(qǐng)畫(huà)出從第25min起H₂的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化的曲線．

②該反應(yīng)體系未達(dá)到平衡時(shí)，催化劑對(duì)逆反應(yīng)速率的影響是增大（填增大、減少或不變）．
（2）①N₂H₄是一種高能燃料，有強(qiáng)還原性，可通過(guò)NH₃和NaClO反應(yīng)制得，寫(xiě)出該制備反應(yīng)的化學(xué)方程式NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O
②N₂H₄的水溶液呈弱堿性，室溫下其電離常數(shù)K₁=1.0×10^-6，則0.01mol•L^-1 N₂H₄水溶液的pH等于10（忽略N₂H₄的二級(jí)電離和H₂O的電離）．
③已知298K和101KPa條件下：
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H₁
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₂
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃
4NH₃（g）+O₂（g）=2N₂H₄（l）+2H₂O（I）△H₄
則N₂H₄（l）的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱△H=$\frac{3}{2}$△H₂-△H₁-$\frac{1}{2}$△H₄
（3）科學(xué)家改進(jìn)了NO₂轉(zhuǎn)化為HNO₃的工藝（如虛框所示），在較高的操作壓力下，提高N₂O₄/H₂O的質(zhì)量比和O₂的用量，能制備出高濃度的硝酸．

實(shí)際操作中，應(yīng)控制N₂O₄/H₂O質(zhì)量比高于5.11，對(duì)此請(qǐng)給出合理解釋2N₂O₄+2H₂O+O₂=4HNO₃，中N₂O₄/H₂O的質(zhì)量比等于5.11，高于5.11是為了提高了N₂O₄的濃度，有利于平衡向正方向移動(dòng)，得到高濃度的硝酸

Answer 1

分析 （1）①利用三段式求出2min平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量，體積變?yōu)?L，則濃度為原來(lái)的一半，再根據(jù)平衡轉(zhuǎn)化率求出第二次平衡時(shí)氫氣的濃度；
②催化劑能增大反應(yīng)速率；
（2）①NaClO溶液和NH₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化鈉和肼，根據(jù)反應(yīng)物和生成物寫(xiě)出反應(yīng)方程式；
②電離方程式為N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-，根據(jù)K=$\frac{c（{N}_{2}{{H}_{5}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（{N}_{2}{H}_{4}）}$計(jì)算；
③依據(jù)蓋斯定律，結(jié)合題干中已知熱化學(xué)方程式計(jì)算N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）的反應(yīng)熱；
（3）2N₂O₄+2H₂O+O₂=4HNO₃，反應(yīng)中N₂O₄/H₂O的質(zhì)量比等于5.11，高于5.11，則提高了N₂O₄的濃度，根據(jù)濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響分析．

解答 解：（1）①0.6mo1氮?dú)夂?.8mo1氫氣在恒溫、容積恒定為1L的密閉容器中反應(yīng)生成氨氣，2min后達(dá)到平衡，氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為0.3mo1
                     N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）
起始（mol）：0.6           1.8             0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.3            0.9            0.6
平衡（mol）：0.3             0.9           0.6
在第25min時(shí)，保持溫度不變，將容器體積迅速增大至2L并保持恒容，則此時(shí)c（H₂）=$\frac{0.9mol}{2L}$=0.45mol/L；
體系達(dá)到平衡時(shí)N₂的總轉(zhuǎn)化率為38.2%，則轉(zhuǎn)化的氮?dú)鉃?.6mol×38.2%=0.2292mol；
                        N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）
起始（mol）：0.6             1.8             0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.23           0.69        0.46
平衡（mol）：0.37          1.11         0.46
所以第二次平衡時(shí)c（H₂）=$\frac{1.11mol}{2L}$=0.555mol/L，
則第25min起H₂的物質(zhì)的量濃度為0.45mol/L，平衡時(shí)為0.555mol/L，所以圖象為；
故答案為：；
②催化劑能增大反應(yīng)速率，所以該反應(yīng)體系未達(dá)到平衡時(shí)，催化劑對(duì)逆反應(yīng)速率的影響是增大；
故答案為：增大；
（2）①該反應(yīng)中，次氯酸鈉被氨氣含有生成氯化鈉，氨氣被氧化生成肼，同時(shí)還有水生成，所以該反應(yīng)方程式為：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O；
故答案為：NaClO+2NH₃=N₂H₄+NaCl+H₂O；
②電離方程式為N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-，室溫下其電離常數(shù)K₁≈1.0×10^-6，則0.01mol•L^-1N₂H₄水溶液中c（N₂H₅⁺）≈c（OH^-），
K=$\frac{c（{N}_{2}{{H}_{5}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（{N}_{2}{H}_{4}）}$=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{0.01}$=1.0×10^-6，所以c（OH^-）=10^-4mol/L，則c（H⁺）=10^-10mol/L，則溶液的pH=10；
故答案為：10；
③已知：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H₁
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₂
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃
4NH₃（g）+O₂（g）=2N₂H₄（l）+2H₂O（l）△H₄
由蓋斯定律可知，N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=$\frac{3}{2}$△H₂-△H₁-$\frac{1}{2}$△H₄；
故答案為：$\frac{3}{2}$△H₂-△H₁-$\frac{1}{2}$△H₄；
（3）由NO₂轉(zhuǎn)化為HNO₃的工藝圖可知，N₂O₄與水、氧氣反應(yīng)生成硝酸，2N₂O₄+2H₂O+O₂=4HNO₃，反應(yīng)中N₂O₄/H₂O的質(zhì)量比等于5.11，當(dāng)高于5.11，則提高了N₂O₄的濃度，有利于平衡向正方向移動(dòng)，得到高濃度的硝酸；
故答案為：2N₂O₄+2H₂O+O₂=4HNO₃，中N₂O₄/H₂O的質(zhì)量比等于5.11，高于5.11是為了提高了N₂O₄的濃度，有利于平衡向正方向移動(dòng)，得到高濃度的硝酸．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、電離常數(shù)及其計(jì)算、蓋斯定律的應(yīng)用、工藝流程圖的分析應(yīng)用等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力和計(jì)算能力．