Question

16．氮元素的化合物种类繁多，性质也各不相同
（1）已知
①N₂（g）+2O₂（g）═N₂O₄（g）△H=+10.7KJ/mol
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624KJ/mol
写出气态肼和N₂O₄反应生成氮气和液态水的热化学方程式：2H₂N₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1258.7kJ/mol
（2）一定温度下，在密闭容器中可逆反应：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0，下列叙述正确的是AC
A．单位时间内生成1molN₂O₄的同时生成2molNO₂，达到平衡状态
B．达到平衡后，其它条件不变，升高温度，容器内气体颜色变浅
C．置于绝热的恒容容器中，容器中气体颜色不变时，说明达到平衡状态
D．加入适当的催化剂，NO₂的转化率可以增大
（3）在100℃时，将0.400mol的NO₂气体充入2L的容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如下表的数据：

时间（min）	0	10	20	30	40
n（NO2）/mol	0.400	n1	0.26	n3	n4
n（N2O4）/mol	0.00	0.05	n2	0.08	0.08

①反应开始直至10min时，N₂O₄的平均反应速率为：0.0025mol/L•min
②升高温度后，平衡常数K将减低（填“增高”、“减低”或“不变”）
③若在相同情况下向该容器中只充入N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，N₂O₄的起始物质的量是0.200mol
（4）亚硝酸钠（NaNO₂）是一种常见的食品添加剂，具有防腐和增色作用
①亚硝酸钠中氮元素的化合价为+3，由此推断其可能C．（填字母序号）
A．只有氧化性   B．只有还原性    C．既有氧化性，也有还原性
②已知亚硝酸属于弱酸，则NaNO₂溶液显碱性；（填“酸性”、“中性”或“碱性”）原因是NO^-+H₂O?HNO₂+OH^-．（用离子方程式表示）
（5）肼-空气燃烧电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%-30%的KOH溶液，放电时生成N₂和水，则放电时负极电极反应式为N₂H₄-e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到，a、N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（g）△H=10.7kJ•mol^-1；b、N₂H₄（g）+O₂ （g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H=-543kJ•mol^-1，由盖斯定律b×2-a得到；
（2）A．单位时间内生成1molN₂O₄的同时生成2molNO₂，说明正逆反应速率相同；
B．反应是放热反应，达到平衡后，其它条件不变，升高温度，平衡逆向进行；
C．置于绝热的恒容容器中，容器中气体颜色不变时，浓度不变；
D．加入适当的催化剂改变反应速率，不能改变化学平衡；
（3）①根据公式反应速率v=$\frac{△c}{△t}$来计算；
②反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小；
③根据各组分的浓度变化量之比等于系数值比来计算；
（4）①依据亚硝酸钠中元素化合价代数和为0计算，元素化合价处于中间价态具有氧化性和还原性；
②亚硝酸属于弱酸，则NaNO₂溶液中亚硝酸根离子水解显碱性；
（5）燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应．

解答 解：（1）a、N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（g）△H=10.7kJ•mol^-1；
b、N₂H₄（g）+O₂ （g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-624kJ•mol^-1
由盖斯定律b×2-a得到 2H₂N₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1258.7kJ/mol，
故答案为：2H₂N₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（l）△H=-1258.7kJ/mol；
（2）一定温度下，在密闭容器中可逆反应：2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0，
A．单位时间内生成1molN₂O₄的同时生成2molNO₂，说明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故A正确；
B．反应是放热反应，达到平衡后，其它条件不变，升高温度，平衡逆向进行，二氧化氮浓度增大气体颜色加深，故B错误；
C．反应是放热反应，置于绝热的恒容容器中，容器中气体颜色不变时，浓度不变，说明反应达到平衡状态，故C正确；
D．加入适当的催化剂改变反应速率，不能改变化学平衡，反应物转化率不变，故D错误；
故答案为：A C；
（3）①图表数据分析可知，反应开始直至10min时，N₂O₄的平均反应速率=$\frac{\frac{0.05mol}{2L}}{10min}$=0.025mol/L•min，
故答案为：0.0025mol/L•min；
②在100℃时，将0.400mol的NO₂气体充入2L的容器中反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，
故答案为：减低；
③2NO₂?N₂O₄
起始浓度（mol•L^-1）   0.2     0
转化浓度（mol•L^-1）  0.08   0.04
平衡浓度（mol•L^-1）  0.12     0.04
若在相同情况下最初向该容器充入的是N₂O₄气体，要达到上述同样的平衡状态，N₂O₄的起始浓度是c，则
                   N₂O₄ ?2NO₂
起始浓度（mol•L^-1） c       0
转化浓度（mol•L^-1） c-0.04  0.12
平衡浓度（mol•L^-1）0.04    0.12
所以$\frac{c-0.04}{0.12}$=0.5，解得c=0.10mol/L，
物质的量0.10mol/L×2L=0.2mol
故答案为：0.200mol；
（4）①NaNO₂）中钠元素化合价+1价，氧元素化合价-2价，元素化合价代数和为0计算得到氮元素化合价+3价，居于氮元素的中间价态，所以既有氧化性，也有还原性，
故答案为：+3，C；
②亚硝酸属于弱酸，则NaNO₂溶液中亚硝酸根离子水解显碱性，离子方程式为：NO₂^-+H₂O?HNO₂+OH^-，
故答案为：NO₂^-+H₂O?HNO₂+OH^-；
（5）肼--空气碱性燃料电池中，负极上燃料失电子和氢氧根离子反应生成氮气和水，电极反应式为N₂H₄-4e^-+4OH^-═N₂+4H₂O，
故答案为：N₂H₄-4e^-+4OH^-═N₂+4H₂O．

点评 本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律计算，化学平衡的影响因素分析和化学平衡的计算应用，原电池原理分析，掌握基础是关键，题目难度中等．