Question

【題目】氨氣及其相關產品是基本化工原料，在化工領域中具有重要的作用。

（1）以鐵為催化劑，0.6mol氮氣和1.8mol氫氣在恒溫、容積恒定為1L的密閉容器中反應生成氨氣，20min后達到平衡，氮氣的物質的量為0.3mol。

①在第25min時，保持溫度不變，將容器體積迅速增大至2L并保持恒容，體系達到平衡時N2的總轉化率為38.2%，請畫出從第25min起H2的物質的量濃度隨時間變化的曲線_____。

②該反應體系未達到平衡時，催化劑對逆反應速率的影響是_____（填增大、減少或不變）。

（2）①N2H4是一種高能燃料，有強還原性，可通過NH3和NaClO反應制得，寫出該制備反應的化學方程式______________________。

②N2H4的水溶液呈弱堿性，室溫下其電離常數K1=1.0×10-6，則0.01 mol·L－1 N2H4水溶液的pH等于__________（忽略N2H4的二級電離和H2O的電離）。

③已知298K和101KPa條件下：

N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g) ΔH1

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(l) ΔH2

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH3

4NH3(g)+O2(g)＝2N2H4(l)+2H2O(I) ΔH4

則N2H4(l)的標準燃燒熱ΔH＝_______。

（3）科學家改進了NO2轉化為HNO3的工藝（如虛框所示），在較高的操作壓力下，提高N2O4/H2O的質量比和O2的用量，能制備出高濃度的硝酸。

實際操作中，應控制N2O4/H2O質量比高于5.11，對此請給出合理解釋______________。

Answer 1

【答案】 增大 NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O 10 △H2-△H1-△H4 2N2O4+2H2O+O2=4HNO3，中N2O4/H2O的質量比等于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，得到高濃度的硝酸。

【解析】(1)①0.6mo1氮氣和1.8mo1氫氣在恒溫、容積恒定為1L的密閉容器中反應生成氨氣，2min后達到平衡，氮氣的物質的量為0.3mo1

N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

起始(mol)：0.6 1.8 0

轉化(mol)：0.3 0.9 0.6

平衡(mol)：0.3 0.9 0.6

在第25min時，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c(H2)==0.45mol/L；體系達到平衡時N2的總轉化率為38.2%，則轉化的氮氣為0.6mol×38.2%=0.2292mol；

N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

起始(mol)：0.6 1.8 0

轉化(mol)：0.230.69 0.46

平衡(mol)：0.37 1.11 0.46

所以第二次平衡時c(H2)==0.555mol/L，則第25min起H2的物質的量濃度為0.45mol/L，平衡時為0.555mol/L，所以圖象為；故答案為：；

②催化劑能增大反應速率，所以該反應體系未達到平衡時，催化劑對逆反應速率的影響是增大，故答案為：增大；

(2)①該反應中，次氯酸鈉被氨氣含有生成氯化鈉，氨氣被氧化生成肼，同時還有水生成，所以該反應方程式為：NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O；故答案為：NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O；

②電離方程式為N2H4+H2ON2H5++OH-，室溫下其電離常數K1≈1.0×10-6，則0.01molL-1N2H4水溶液中c(N2H5+)≈c(OH-)，K===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=△H2-△H1-△H4，故答案為：△H2-△H1-△H4；

(3)由NO2轉化為HNO3的工藝圖可知，N2O4與水、氧氣反應生成硝酸，2N2O4+2H2O+O2=4HNO3，反應中N2O4/H2O的質量比等于5.11，當高于5.11，則提高了N2O4的濃度，有利于平衡向正方向移動，得到高濃度的硝酸，故答案為：2N2O4+2H2O+O2=4HNO3，中N2O4/H2O的質量比等于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，得到高濃度的硝酸。