Question

【題目】氮及其化合物如NH3及銨鹽、N2H4、N2O4等在中學化學、化工工業、國防等領域占有重要地位。

（1）發射航天火箭常用肼(N2H4)與N2O4作燃料與助燃劑。肼(N2H4)與N2O4的反應為2N2H4（g）+N2O4（g）═3N2（g）+4H2O（g） △H= -1077kJmol-1

已知相關反應的化學鍵鍵能數據如下表所示：

化學鍵	N-H	N-N	N≡N	O-H
E/（kJmol-1）	390	190	946	460

則使1mol N2O4(g)分子中化學鍵完全斷裂時需要吸收的能量是___________。

（2）N2O4與NO2之間存在反應N2O4(g)2NO2(g)。將一定量的N2O4放入恒容密閉容器中，測得其平衡轉化率[a(N2O4)]隨溫度的變化如圖所示。

①由圖推測該反應的△H ___0（填“>”或“<”），理由為________________。

②圖中a點對應溫度下，已知N2O4的起始壓強po為108 kPa，則該溫度下反應的平衡常數Kp=_________（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）。

③在一定條件下，該反應N2O4、NO2的消耗速率與自身壓強間存在關系v( N2O4)=k1p(N2O4)，v(NO2)=k2p2(NO2)，其中k1、k2是與反應溫度有關的常數。相應的速率壓強關系如圖所示，一定溫度下，k1、k2與平衡常數Kp的關系是k1=___________，在下左圖上標出的點中，能表示反應達到平衡狀態的點為__________（填字母代號）。

（3）電解NO2制備NH4NO3，其工作原理如圖所示。

①陽極的電極反應式為________________________________________。

②為使電解產物全部轉化為NH4NO3，需補充某種化合物A，則A的化學式為_________。

Answer 1

【答案】1941 kJ >溫度升高，α（N2O4）增加，說明平衡右移。該反應為吸熱反應，△H>0115.2KPaB點與D點NO2-e-+H2O=NO3-+2H+NH3

【解析】

根據反應的焓變＝反應物總鍵能－生成物總鍵能計算。根據圖像分析，隨著溫度升高，四氧化二氮的平衡轉化率增大，說明升高溫度有利于反應正向進行，據此判斷焓變。根據反應方程式計算平衡時體系中的四氧化二氮和二氧化氮的分壓，代入平衡常數表達式計算分壓平衡常數即可。電解池陽極發生氧化反應，根據原理分析，二氧化氮在陽極變為硝酸根離子，陰極為二氧化氮變為銨根離子，根據電子守恒分析硝酸根離子和銨根離子的物質的量的關系，并分析使二氧化氮電解全部轉化為硝酸銨需要將剩余的氫離子轉化為銨根離子，據此分析Ａ物質。

(1) 假設1mol N2O4(g)分子中化學鍵完全斷裂時需要吸收的能量為xkJ，△H =2×（190+390×4）+x-946×3-460×8=-1077，計算x=1941 kJ； (2) ①根據圖像分析，隨著溫度升高，α（N2O4）增加，說明平衡右移。該反應為吸熱反應，△H>0 ；②四氧化二氮與二氧化氮之間存在反應，a點起始時四氧化二氮的壓強為108kPa，四氧化二氮的平衡轉化率為40%，則平衡時p(N2O4)=po (1-40%),p(NO2)= po ×40%×2，所以反應的分壓平衡常數為 115.2KPa； ③當達到平衡時滿足正逆反應速率相等，即消耗速率2v( N2O4)= v(NO2)，又有v( N2O4)=k1p(N2O4)，v(NO2)=k2p2(NO2)，則k1、k2與平衡常數Kp的關系為Kp= 。根據2v( N2O4)= v(NO2)，則可以表示化學平衡的點為B點與D點。 (3) ①電解池陽極發生氧化反應，根據原理圖分析，二氧化氮在陽極失去電子轉化為硝酸根離子，則陽極的電極反應為 NO2-e-+H2O=NO3-+2H+；②陰極反應為二氧化氮變成銨根離子，電極反應為NO2+7e-+8H+ =NH4++2H2O，產生多余的氫離子，為了使二氧化氮電解全部轉化為硝酸銨，則需要反應掉H+產生銨根離子，所以加入的A物質為NH3。