Question

氮是大氣中含量豐富的一種元素，氮及其化合物在生產、生活中有著重要作用，減少氮氧化物的排放是環境保護的重要內容之一。請回答下列氮及其化合物的相關問題：

(1)據報道，意大利科學家獲得了極具研究價值的N₄，其分子結構與白磷分子的正四面體結構相似。已知斷裂1 mol N－N鍵吸收167 kJ熱量，生成1 mol N≡N鍵放出942 kJ熱量，請寫出N₄氣體轉變為N₂反應的熱化學方程式：                             。

(2)據報道，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5 mol N₂O₅置于10L固定容積的密閉容器中發生下列反應：2N₂O₅(g)4NO₂(g)+O₂(g)；△H＞0。反應至5分鐘時各物質的濃度不再發生變化，測得NO₂的體積分數為50%。

①求該反應的平衡常數K=         (數字代入式子即可)，上述平衡體系中O₂的體積分數為__________。

②用O₂表示從0～5 min內該反應的平均速率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減小

 

Answer 1

【答案】

(14分，每空2分) (1) N₄(g)＝2N₂(g)；△H＝－882 kJ/mol  (2分)

(2) 2NH₃ ＋ 6OH^– － 6e^– ＝ N₂ ＋ 6H₂O  (2分)

     (3) ① 0.1×0.4⁴/0.3²    12.5%     ② 0.02 mol/(L·min)  ③ AC  (各2分)        (4)B  (2分)

【解析】

試題分析：(1)化學反應的焓變等于反應物鍵能和與生成物鍵能和之差。∆H=6mol×167kJ·mol^–1–2mol×942 kJ·mol^–1=–882kJ·mol^–1(1molN₄中有6molN—N鍵)，故熱化學方程式為：N₄(g)＝2N₂(g)；△H＝－882 kJ· mol^–1。

(2)氨氣燃料電池的總反應為：4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O(其產物與燃料反應產物相同)，則負極反應：4NH₃ - 12e^– + 12OH^– = 2N₂ + 12H₂O 正極反應：3O₂ + 12e^– + 6H₂O = 12OH^–。

(3) ①設平衡時n(O₂)=xmol，則n(NO₂)=4xmol，n(N₂O₅)=(5－2x)mol，n(總)=xmol+mol+(5－2x)mol=(5+3x)mol，由4x÷(5+3x)=50%可求得x = 1，所以平衡時n(O₂)=1mol，則n(NO₂)=4mol，n(N₂O₅)=3mol，n(總)=8mol；進一步求出平衡時各組分的濃度c(O₂)=0.1mol·L^–1，c(NO₂)=0.4mol·L^–1，c(O₂)=0.3mol·L^–1。該反應的平衡常數K=0.1×0.4⁴/0.3²，O₂的體積分數為φ(O₂)=1÷8=12.5%；②υ(O₂)= 0.1mol·L^–1÷5min=0.02 mol·L^–1·min^–1；③反應2N₂O₅(g)4NO₂(g)+O₂(g)為吸熱反應，降溫時平衡向逆反應方向移動，氣體的物質的量減少，則恒容條件下壓強減小且反應速率減慢，故選AC。

(4)由于化學平衡的建立與途徑無關，所以可改變化學平衡的建立途徑。首先把充入的NO₂或N₂O₄放在另一個容器中，讓其達到與原容器相同的平衡狀態，然后保持壓強不變與原混合氣體混合，此時N₂O₄與NO₂的物質的量之比為仍a，最后把混合后的氣體壓縮到與原平衡時相同的體積，則平衡向正反應方向移動，N₂O₄與NO₂的物質的量之比增大。故答案為B。

考點：考查熱化學方程式、電極反應式、電解方程式等化學用語的書寫；反應熱的計算、化學平衡有關計算；化學平衡移動、等效平衡等內容。