Question

【題目】許多含氮物質是農作物生長的營養物質。

（1）肼(N2H4)、N2O4常用于航天火箭的發射。已知下列反應：

①N2(g)+O2(g) =2NO(g) ΔH=+180kJ·mol－1

②2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=－112kJ·mol－1

③2NO2(g)N2O4(g) ΔH=－57kJ·mol－1

④2N2H4(g)+N2O4(g) =3N2(g)+4H2O(g) ΔH=－1136kJ·mol－1

則N2H4與O2反應生成氮氣與水蒸氣的熱化學方程式為_________________。

（2）一定溫度下，向某密閉容器中充入1 mol NO2，發生反應：2NO2(g)N2O4(g)，測得反應體系中氣體體積分數與壓強之間的關系如圖所示：

①a、b、c三點逆反應速率由大到小的順序為_______。平衡時若保持壓強、溫度不變，再向體系中加入一定量的Ne，則平衡_______移動(填“正向”“逆向”或“不”)。

②a點時NO2的轉化率為___________，用平衡分壓代替平衡濃度也可求出平衡常數Kp，則該溫度下Kp=________Pa－1。

（3）已知在一定溫度下的可逆反應N2O4(g)2NO2(g)中，v正=k正c(N2O4)，v逆=k逆c2(NO2)(k正、k逆只是溫度的函數)。若該溫度下的平衡常數K=10，則k正=______k逆。升高溫度，k正增大的倍數_______(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍數。

（4）氨氣是合成眾多含氮物質的原料，利用H2－N2—生物燃料電池，科學家以固氮酶為正極催化劑、氫化酶為負極催化劑，X交換膜為隔膜，在室溫條件下即實現了合成NH3的同時還獲得電能。其工作原理圖如下：

則X膜為___________交換膜，正極上的電極反應式為______________________。

Answer 1

【答案】N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-562.5kJ·mol－1 c>b>a 逆向 66.7% 600/p0 10 大于 質子 N2+6e-+6H+=2NH3

【解析】

根據蓋斯定律進行反應熱的計算；根據勒夏特列原理判斷平衡的移動及平衡常數的相關計算；根據原電池原理書寫電極反應式。

(1)由蓋斯定律知（①+②+③+④）/2即可得到N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-562.5kJ·mol－1，

故答案為：N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-562.5kJ·mol－1；

(2)①由圖知，a點到c點的過程中，N2O4的體積分數不斷增大，故逆反應速率不斷增大。一定溫度下，保持壓強不變，加入稀有氣體，相當于降低壓強，故平衡向左移動；

②a點時，設消耗了xmolNO2，則生成0.5xmolN2O4，剩余（1-x）molNO2，1-x=0.5x，x=2/3mol，此時NO2的轉化率為66.7%，平衡時p(N2O4)=0.96p0，p(NO2)=0.04p0，由此可求出Kp=600/p0；

故答案為：c>b>a；逆向；66.7%；600/p0；

(3)當反應達到平衡時，v正=v逆，即k正c(N2O4)=k逆c2(NO2)。k正=k逆c2(NO2)/c(N2O4)=k逆K=10k逆；該反應是吸熱反應，升高溫度，平衡向正方向移動，k正增大的倍數大于k逆增大的倍數，

故答案為：10；大于；

(4)由圖知，正極上N2轉化為NH3時需要結合氫離子，故負極上生成的H+應移向正極，X膜為質子交換膜或陽離子交換膜，N2在正極上得到電子后轉化為NH3，

故答案為：質子；N2+6e-+6H+=2NH3。