Question

科研及生產中常涉及氮及其化合物．
（1）硝酸工業(yè)的重要反應之一是2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）．800℃時在2L密閉容器中加入0.020mol NO和0.010mol O₂，n（NO）隨時間的變化如表：

時間（s）	0	1	2	3	4	5
n（NO）（mol）	0.020	0.010	0.006	0.004	0.004	0.004

①800℃時該反應的平衡常數(shù)K=

 

．已知反應的平衡常數(shù)K（700℃）＞K（800℃），則該反應是

 

熱反應．
②0～2s內該反應的平均速率v（O₂）=

 

．下列能說明該反應已經達到平衡狀態(tài)的是

 

．
a．v（NO₂）=2v（O₂） b．容器內壓強保持不變  c．v_逆（NO）=2v_正（O₂） d．容器內的密度保持不變
③為使該反應的反應速率增大，且平衡向正反應方向移動的是

 

．
a．及時分離出NO₂氣體  b．適當升高溫度  c．增大O₂的濃度    d．選擇高效的催化劑
（2）肼（N₂H₄）可用做發(fā)射衛(wèi)星的火箭燃料．已知：
①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ?mol^-1
寫出氣態(tài)肼和NO₂生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式

 

．
（3）肼-空氣燃料電池的電解質溶液是20%～30%的KOH溶液，反應方程式是：
N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O，該燃料電池的負極電極反應式是

 

．

Answer 1

考點：化學平衡狀態(tài)的判斷,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①依據化學平衡三段式解釋計算平衡濃度，結合平衡常數(shù)概念計算得到，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明平衡逆向進行，正反應是放熱反應；
②依據圖表數(shù)據計算一氧化氮的反應速率，結合反應速率之比等于化學方程式系數(shù)之比計算氧氣反應速率；反應達到平衡的標志是正逆反應速率相同，個組成含量不變，分析“變量不變”來判斷選項；
③反應是氣體體積減小的放熱反應，依據化學平衡移動原理分析判斷；
（2）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式：
（3）燃料電池中燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，依據電解質溶液中的離子減小電荷配平書寫電極反應．

解答： 解：（1）①800℃時在2L密閉容器中加入0.020mol NO和0.010mol O₂，
                          2NO（g）+O₂（g）═2NO₂（g）
起始量（mol/L） 0.01     0.005           0
變化量（mol/L） 0.008   0.004        0.008
平衡量（mol/L） 0.002   0.001        0.008
K=

0.0082

0.0022×0.001

=16000L?mol^-1；
反應的平衡常數(shù)K（700℃）＞K（800℃），溫度升高平衡常數(shù)減小，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正反應是放熱反應，
故答案為：16000L?mol^-1；放；
②0～2s內該反應的平均速率v（O₂）=

1

2

V（NO）=

1

2

×

0.01mol/L-0.003mol/L

2s

=1.75×10^-3mol?L^-1?s^-1；
下列能說明該反應已經達到平衡狀態(tài)的判斷依據，反應達到平衡的標志是正逆反應速率相同，個組成含量不變，分析“變量不變”來判斷選項；
a．速率之比等于化學方程式系數(shù)之比，v（NO₂）=2v（O₂）表示的是正反應速率之比，不能說明反應達到平衡，故a錯誤；
b．反應前后是氣體體積變化的反應，容器內壓強保持不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．速率之比等于化學方程式系數(shù)之比，v（NO₂）=2v（O₂）表示的是正反應速率之比，v_逆（NO）=2v_正（O₂），說明一氧化氮的正逆反應速率相同，反應達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．反應前后氣體質量不變，容器體積不變，密度始終不變，容器內的密度保持不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故d錯誤；
故答案為：1.75×10^-3mol?L^-1?s^-1；bc；
③為使該反應的反應速率增大，且平衡向正反應方向移動的；
a．及時分離出NO₂氣體，平衡正向進行，但反應速率減小，故a不符合；
b．反應是放熱反應，適當升高溫度，速率增大，但平衡逆向進行，故b不符合；
c．增大O₂的濃度平衡正向進行，反應速率增大，故c符合；
d．選擇高效的催化劑只能改變反應速率不能改變平衡，故d不符合；
故答案為：c；
（2）①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ?mol^-1
由蓋斯定律計算②×2-①得到氣態(tài)肼和NO₂生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1153.7kJ?mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1153.7kJ?mol^-1；
（3）N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O，強堿溶液中發(fā)生的原電池反應中，燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，該燃料電池的負極電極反應式是N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O，
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O．

點評：本題考查了化學平衡常數(shù)計算，平衡影響因素分析判斷，平衡標志的理解應用，反應速率平衡常數(shù)計算、原電池原理的分析應用、蓋斯定律計算是解題關鍵，題目難度中等．