Question

氮是大氣中含量豐富的一種元素，氮及其化合物在生產(chǎn)、生活中有著重要作用，減少氮氧化物的排放是環(huán)境保護的重要內(nèi)容之一．請回答下列氮及其化合物的相關(guān)問題：
（1）據(jù)報道，意大利科學家獲得了極具研究價值的N₄，其分子結(jié)構(gòu)與白磷分子的正四面體結(jié)構(gòu)相似．已知斷裂1mol N-N鍵吸收167kJ熱量，生成1mol N≡N鍵放出942kJ熱量，請寫出N₄氣體轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂反應的熱化學方程式：

 

．
（2）據(jù)報道，NH₃可直接用作車用燃料電池，寫出該電池的負極反應式：

 

．
（3）在T₁℃時，將5mol N₂O₅置于10L固定容積的密閉容器中發(fā)生下列反應：2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g）；△H＞0．反應至5分鐘時各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，測得NO₂的體積分數(shù)為50%．
①求該反應的平衡常數(shù)K=

 

（數(shù)字代入式子即可），上述平衡體系中O₂的體積分數(shù)為

 

．
②用O₂表示從0～5min內(nèi)該反應的平均速率υ（O₂）=

 

．
③將上述平衡體系的溫度降至T₂℃，密閉容器內(nèi)減小的物理量有

 

．
A．壓強      B．密度       C．反應速率       D．N₂O₅的濃度
（4）在恒溫恒容的密閉容器中充入NO₂，建立如下平衡：2NO₂（g）?N₂O₄（g），平衡時N₂O₄與NO₂的物質(zhì)的量之比為a，其它條件不變的情況下，分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，平衡后引起的變化正確的是

 

．
A．都引起a減小
B．都引起a增大
C．充入NO₂引起a減小，充入N₂O₄引起a增大
D．充入NO₂引起a增大，充入N₂O₄引起a減�。�

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,熱化學方程式,電極反應和電池反應方程式

專題：

分析：（1）N₄氣體轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂氣體先破壞N₄分子N-N鍵吸收能量，再生成N₂分子形成N≡N鍵放出能量，注意一個N₄分子中含有6個N-N鍵，根據(jù)能量的變化寫出熱化學反應方程式；
（2）原電池中，負極上失去電子發(fā)生氧化反應，注意結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性寫電極反應式；
（3）根據(jù)三段式計算出各組分的物質(zhì)的量的變化量、平衡時各組分的物質(zhì)的量；
①平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應物濃度系數(shù)次冪之積的比值，即k=

c(O2)c4(NO2)

c3(N2O5)

；根據(jù)體積分數(shù)等于氧氣物質(zhì)的量除以混合氣體總物質(zhì)的量計算O₂的體積分數(shù)；
②根據(jù)v=

△c

△t

計算v（O₂）；
③該反應為吸熱反應，降低溫度平衡向逆反應進行，再根據(jù)選項具體分析；
（4）平衡后分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，相當于增大體系壓強，二氧化氮平衡轉(zhuǎn)化率增大，平衡時N₂O₄與NO₂的物質(zhì)的量之比為a增大；

解答： 解：（1）根據(jù)原子守恒知，一個N₄分子生成2個N₂分子，一個N₄分子中含有6個N-N鍵，破壞1molN₄分子中含有6molN-N鍵需要吸收167kJ/mol×6mol=1002kJ能量；
生成2molN≡N鍵放出942kJ/mol×2mol=1884kJ能量，所以該反應放出1884kJ-1002kJ=882kJ能量，所以熱化學反應方程式為N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol，
故答案為：N₄（g）=2N₂（g）△H=-882kJ/mol；
（2）原電池中，負極上失去電子發(fā)生氧化反應，該反應中氨氣發(fā)生氧化反應，所以負極上發(fā)生的反應是：氨氣失電子和氫氧根離子反應生成氮氣和水，電極反應式為
2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
（3）令平衡時O₂的物質(zhì)的量為nmol，則
    對于反應 2N₂O₅（g）?4NO₂（g）+O₂（g），
開始（mol）：5            0         0
變化（mol）：2n           4n        n
平衡（mol）：5-2n         4n        n
所以

4n

(5-2n)+4n+n

×100%=50%，解得n=1，
①由上述計算知平衡時N₂O₅3mol、NO₂4mol、O₂1mol．所以平衡時N₂O₅的濃度為

3mol

10L

=0.3mol/L，平衡時NO₂的濃度為

4mol

10L

=0.4mol/L，平衡時O₂的濃度為

1mol

10L

=0.1mol/L，
所以平衡常數(shù)k=

c(O2)c4(NO2)

c3(N2O5)

=

0.1×0．44

0．33

，
平衡時O₂的物質(zhì)的量為NO₂的

1

4

，所以O₂的體積分數(shù)也為NO₂的體積分數(shù)的

1

4

，
所以O₂的體積分數(shù)為

1

4

×50%=12.5%，
故答案為：

0.1×0．44

0．33

，；12.5%；
②由上述計算知平衡時O₂的質(zhì)的量為1mol，
從0～5min內(nèi)用O₂表示該反應的平均速率v（O₂）=

1mol 10L

5min

=0.02mol/（L?min），
故答案為：0.02mol/（L?min）；
③A．該反應正反應為吸熱反應，降低溫度平衡向逆反應進行，由于反應前氣體體積比反應后小，所以壓強減小，故A正確；
B．都為氣體，總質(zhì)量不變，體積不變，所以密度不變，故B錯誤；
C．溫度降低，反應速率降低，故C正確；
D．該反應正反應為吸熱反應，降低溫度平衡向逆反應進行，N₂O₅的濃度增加，故D錯誤．
故選：AC；
（4）在恒溫恒容的密閉容器中充入NO₂，建立如下平衡：2NO₂（g）?N₂O₄（g），平衡后分別再充入NO₂和再充入N₂O₄，相當于增大體系壓強，二氧化氮平衡轉(zhuǎn)化率增大，平衡時N₂O₄與NO₂的物質(zhì)的量之比為a增大；
故答案為：B．

點評：本題考查了反應熱、原電池電極反應、平衡常數(shù)反應速率的影響因素分析判斷，化學平衡移動、化學平衡常數(shù)及計算等，難度中等，考查學生分析和解決問題的能力和對知識的掌握．