Question

工業(yè)上利用N₂和H₂可以合成NH₃，NH₃又可以進(jìn)一步制備聯(lián)氨（N₂H₄）等．
（1）火箭常用N₂H₄作燃料，N₂O₄作氧化劑．已知：
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
NO₂（g）?

1

2

N₂O₄（g）△H=-26.35kJ?mol^-1
試寫出氣態(tài)聯(lián)氨在氣態(tài)四氧化二氮中燃燒生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水的熱化學(xué)方程式：

 

．
（2）電浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種污水處理方法：通過(guò)電解生成Fe（OH）₃沉淀．Fe（OH）₃可吸附污物而沉積下來(lái)，具有凈化水的作用．陰極產(chǎn)生的氣泡把污水中懸浮物帶到水面形成浮渣層，撇掉浮渣層，即起到了浮選凈化的作用．某小組用電浮選凝聚法處理污水，設(shè)計(jì)裝置如圖1所示．

①寫出圖1中甲烷熔融鹽燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式

 

；
②圖1中電解池陽(yáng)極發(fā)生了兩個(gè)電極反應(yīng)，電極反應(yīng)式分別是

 

、

 

；
（3）在一定條件下，將1mol N₂與3mol H₂混合于一個(gè)10L密閉容器中，反應(yīng)在不同溫度下達(dá)到平衡時(shí)NH₃的濃度如圖2所示．
①下列能判斷上述反應(yīng)在一定溫度時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是（填字母）．
a．3c（N₂）=c（H₂）
b．3v_正（N₂）=v_逆（H₂）
c．容器中的壓強(qiáng)不變
d．1mol N≡N鍵斷裂的同時(shí)斷裂2mol H-N鍵
②當(dāng)溫度由T₁變化到T₂時(shí)，反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）平衡常數(shù)K_A

 

K_B（填“＞”、“＜”或“=”）
③反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)K=（列出表達(dá)式）．溫度為T₁時(shí)，若平衡混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)為25%，則達(dá)到平衡時(shí)N₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以合適的系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訙p，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減；
（2）①燃料電池中，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是燃料失電子被氧化的過(guò)程；
②根據(jù)電極材料和離子的放電順序考慮；
（3）①）①a．3c（N₂）=c（H₂），并不能說(shuō)明濃度不再發(fā)生改變，因此不能說(shuō)明達(dá)到化學(xué)平衡；
b．3v_正（N₂）=v_逆（H₂），正、逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速率相等，說(shuō)明處于平衡狀態(tài)；
c．該反應(yīng)不是一個(gè)等體積的發(fā)應(yīng)，容器中的壓強(qiáng)不變，說(shuō)明該反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)；
d．1mol N≡N鍵斷裂的同時(shí)斷裂6mol H-N鍵，正、逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速率相等，說(shuō)明處于平衡狀態(tài)；
②該反應(yīng)是放熱的，溫度越高，平衡逆向移動(dòng)，K越�。�
③根據(jù)三行式計(jì)算轉(zhuǎn)化率．

解答： 解：（1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ?mol^-1
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534.0kJ?mol^-1
③NO₂（g）?

1

2

N₂O₄（g）△H=-26.35kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②×2-①-③×2得2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-534.0kJ?mol^-1）-67.7kJ?mol^-1-2×（-26.35kJ?mol^-1）=-1083kJ?mol^-1，
故熱化學(xué)方程式為2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083kJ?mol^-1，
故答案為：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1083kJ?mol^-1；
（2）①負(fù)極反應(yīng)是CH₄失電子，該電池的電解質(zhì)環(huán)境是熔融碳酸鹽，所以負(fù)極反應(yīng)為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，
故答案為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O；
②電解時(shí)鐵作陽(yáng)極，因此主要發(fā)生Fe-2e^-=Fe²⁺，同時(shí)也發(fā)生副反應(yīng)，即溶液中的OH^-失電子被氧化生成O₂，電極反應(yīng)式為4OH^--4 e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑；
（3）①a．3c（N₂）=c（H₂），并不能說(shuō)明濃度不再發(fā)生改變，因此不能說(shuō)明達(dá)到化學(xué)平衡；
b．3v_正（N₂）=v_逆（H₂），正、逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速率相等，說(shuō)明處于平衡狀態(tài)；
c．該反應(yīng)不是一個(gè)等體積的發(fā)應(yīng)，容器中的壓強(qiáng)不變，說(shuō)明該反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)；
d．1mol N≡N鍵斷裂的同時(shí)斷裂6mol H-N鍵，正、逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速率相等，說(shuō)明處于平衡狀態(tài)；
故選bc；
②該反應(yīng)是放熱的，溫度越高，平衡逆向移動(dòng)，K越小，所以K_A＞K_B，
故答案為：＞；
③將l mol N₂與3mol H₂混合于一個(gè)10L密閉容器中，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，A點(diǎn)混合氣體中氨的百分含量是25%，設(shè)氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率是x，則
            N₂+3H₂═2NH₃
  初始濃度：0.1 0.3   0
  變化濃度：x  3x    2x
  末態(tài)濃度：0.1-x 0.3-3x 2x
則

2x

0.1-x+0.3-3x+2x

×100%=25%，解得x=0.04mol/L，
所以氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率是

0.04mol/L

0.1mol/L

×100%=40%，
故答案為：40%．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了有關(guān)電化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的有關(guān)計(jì)算等知識(shí)，綜合性較強(qiáng)，難度大，計(jì)算時(shí)注意利用三段法分析，理清數(shù)據(jù)關(guān)系．